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JP5222046B2 - Flyback converter - Google Patents
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JP5222046B2 - Flyback converter - Google Patents

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Description

本発明は、直流電圧をフライバック方式で昇降圧するフライバックコンバータに関する。   The present invention relates to a flyback converter that raises and lowers a DC voltage in a flyback manner.

直流電圧を直流電圧に変換するDC−DCコンバータとして、昇圧型、降圧型等のスイッチングレギュレータが知られている。この種スイッチングレギュレータとしては、例えば、一次コイルと二次コイルの位相が逆の関係を有するフライバックトランスを用いたフライバック式スイッチングレギュレータが提案されている(特許文献1参照)。   As a DC-DC converter that converts a direct current voltage into a direct current voltage, switching regulators such as a step-up type and a step-down type are known. As this type of switching regulator, for example, a flyback switching regulator using a flyback transformer in which the phases of the primary coil and the secondary coil are reversed has been proposed (see Patent Document 1).

特開2004−127724号公報(第4頁から第5頁、図1参照)JP 2004-127724 A (refer to pages 4 to 5 and FIG. 1)

フライバック式スイッチングレギュレータ(フライバックコンバータ)は、トランスの一次コイルに直列接続されたスイッチ素子のオン時に、電源からのエネルギーを一次コイルに蓄積し、スイッチ素子のオフ時に、一次コイルに蓄積されたエネルギーを二次コイルからダイオードとコンデンサを介して放出する動作を繰り返すことで、電源からの電圧を昇圧または降圧して、負荷に供給することができる。   The flyback switching regulator (flyback converter) accumulates energy from the power source in the primary coil when the switch element connected in series to the primary coil of the transformer is on, and accumulates in the primary coil when the switch element is off. By repeating the operation of releasing energy from the secondary coil through the diode and the capacitor, the voltage from the power source can be boosted or lowered to be supplied to the load.

しかし、従来のフライバック式スイッチングレギュレータ(フライバックコンバータ)では、スイッチ素子がオンからオフに移行するときに、スイッチ素子の出力端子間に大きなリンギングが発生する。これは、トランスの漏れインダクタンスと寄生容量の共振によるものであり、リンギングによる電圧は、スイッチ素子のオフ時におけるスイッチング損失となる。このスイッチング損失は、スイッチングレギュレータ全体の損失に対して大きな割合を占めるので、これが電力損失による発熱の一因となっている。   However, in a conventional flyback switching regulator (flyback converter), large ringing occurs between the output terminals of the switch elements when the switch elements shift from on to off. This is due to resonance between the leakage inductance of the transformer and the parasitic capacitance, and the voltage due to ringing becomes a switching loss when the switch element is off. This switching loss accounts for a large proportion of the loss of the entire switching regulator, and this contributes to heat generation due to power loss.

本発明は、前記従来技術に鑑みて為されたものであり、その目的は、スイッチ素子のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができるフライバックコンバータを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described prior art, and an object thereof is to provide a flyback converter capable of reducing a switching loss accompanying a switching operation of a switch element.

前記目的を達成するために、請求項1に係るフライバックコンバータは、電源より直流電圧を受ける一次コイルと、前記一次コイルに直列接続されたスイッチ素子と、前記一次コイルとトランスを形成するように設けられた二次コイルと、前記二次コイルに直列接続された整流素子を備えているフライバックコンバータにおいて、容量素子を備え、前記容量素子の一端は、前記一次コイルと前記スイッチ素子との接続点に接続され、前記容量素子の他端は、前記整流素子のカソードに接続されている構成とした。   In order to achieve the above object, a flyback converter according to claim 1 forms a primary coil that receives a DC voltage from a power source, a switch element connected in series to the primary coil, and a transformer with the primary coil. In a flyback converter including a provided secondary coil and a rectifying element connected in series to the secondary coil, the flyback converter includes a capacitive element, and one end of the capacitive element is connected to the primary coil and the switch element. The other end of the capacitive element is connected to the cathode of the rectifying element.

(作用)容量素子の一端を、一次コイルとスイッチ素子との接続点に接続し、容量素子の他端を、整流素子のカソードに接続すると、スイッチ素子がオンからオフに移行する過渡時に、容量素子がスイッチ素子の両端間に等価的に並列接続され、リンギングに伴ってスイッチ素子の両端に生じる電圧を容量素子によって吸収することができる。   (Operation) When one end of the capacitive element is connected to the connection point between the primary coil and the switch element, and the other end of the capacitive element is connected to the cathode of the rectifier element, the capacitance is changed during a transition in which the switch element shifts from on to off. The elements are equivalently connected in parallel between both ends of the switch element, and the voltage generated at both ends of the switch element due to ringing can be absorbed by the capacitor element.

一方、スイッチ素子がオフからオンに移行する過渡時には、整流素子の両端に容量素子が等価的に並列接続され、整流素子の逆回復時間の遅れに伴って、整流素子の両端に生じる電圧を容量素子によって吸収することがきる。   On the other hand, when the switching element transitions from OFF to ON, a capacitive element is equivalently connected in parallel to both ends of the rectifying element, and the voltage generated at both ends of the rectifying element due to the delay in the reverse recovery time of the rectifying element It can be absorbed by the element.

従って、スイッチ素子のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができる。   Therefore, the switching loss accompanying the switching operation of the switch element can be reduced.

請求項2に係るフライバックコンバータにおいては、請求項1に記載のフライバックコンバータにおいて、前記整流素子は、カソードが前記容量素子の他端と前記二次コイルの一端に接続され、アノードが接地され、前記二次コイルの他端は、正出力端子に接続されているとともに、平滑コンデンサを介して接地され、前記正出力端子からは、接地点の基準電位に対して、正の直流電圧が出力されてなる構成とした。   In the flyback converter according to claim 2, in the flyback converter according to claim 1, the rectifying element has a cathode connected to the other end of the capacitive element and one end of the secondary coil, and an anode grounded. The other end of the secondary coil is connected to a positive output terminal and grounded via a smoothing capacitor, and a positive DC voltage is output from the positive output terminal with respect to a reference potential at a ground point. It was set as the structure made.

(作用)整流素子のカソードを容量素子の他端と二次コイルの一端に接続し、整流素子のアノードを接地し、二次コイルの他端を正出力端子に接続するとともに、平滑コンデンサを介して接地することで、スイッチ素子がオンオフする毎に、正出力端子から、接地点の基準電位(接地電位)に対して、正の直流電圧を出力することができる。   (Operation) The cathode of the rectifying element is connected to the other end of the capacitive element and one end of the secondary coil, the anode of the rectifying element is grounded, the other end of the secondary coil is connected to the positive output terminal, and a smoothing capacitor is used. Thus, every time the switch element is turned on and off, a positive DC voltage can be output from the positive output terminal with respect to the reference potential (ground potential) at the ground point.

この際、スイッチ素子がオンからオフに移行する過渡時に、容量素子がスイッチ素子の両端間に等価的に並列接続され、リンギングに伴ってスイッチ素子の両端に生じる電圧を容量素子によって吸収することができる。   At this time, the capacitor element is equivalently connected in parallel between both ends of the switch element during a transition in which the switch element shifts from on to off, and the voltage generated at both ends of the switch element due to ringing can be absorbed by the capacitor element. it can.

一方、スイッチ素子がオフからオンに移行する過渡時には、整流素子の両端に容量素子が等価的に並列接続され、整流素子の逆回復時間の遅れに伴って、整流素子の両端に生じる電圧を容量素子によって吸収することがきる。   On the other hand, when the switching element transitions from OFF to ON, a capacitive element is equivalently connected in parallel to both ends of the rectifying element, and the voltage generated at both ends of the rectifying element due to the delay in the reverse recovery time of the rectifying element It can be absorbed by the element.

従って、正出力端子から、接地点の基準電位(接地電位)に対して、正の直流電圧を出力する構成において、スイッチ素子のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができる。   Therefore, in a configuration in which a positive DC voltage is output from the positive output terminal with respect to the reference potential (ground potential) at the ground point, switching loss associated with the switching operation of the switch element can be reduced.

請求項3に係るフライバックコンバータにおいては、請求項1に記載のフライバックコンバータにおいて、前記整流素子は、カソードが前記容量素子の他端と前記二次コイルの一端に接続され、アノードが負出力端子に接続されているとともに、平滑コンデンサを介して接地され、前記二次コイルの他端は、接地され、前記負出力端子からは、接地点の基準電位に対して、負の直流電圧が出力されてなる構成とした。   The flyback converter according to claim 3, wherein the rectifying element has a cathode connected to the other end of the capacitive element and one end of the secondary coil, and an anode having a negative output. The other end of the secondary coil is grounded, and a negative DC voltage is output from the negative output terminal with respect to the reference potential at the ground point. It was set as the structure made.

(作用)整流素子のカソードを容量素子の他端と二次コイルの一端に接続し、整流素子のアノードを負出力端子に接続し、二次コイルの他端と整流素子のアノードを平滑コンデンサを介して接続し、二次コイルの他端を接地することで、スイッチ素子がオンオフする毎に、負出力端子から、接地点の基準電位(接地電位)に対して、負の直流電圧を出力することができる。   (Operation) Connect the cathode of the rectifier element to the other end of the capacitive element and one end of the secondary coil, connect the anode of the rectifier element to the negative output terminal, and connect a smoothing capacitor between the other end of the secondary coil and the anode of the rectifier element. By connecting to the other end of the secondary coil, a negative DC voltage is output from the negative output terminal to the reference potential (ground potential) at the ground point every time the switch element is turned on / off. be able to.

この際、スイッチ素子がオンからオフに移行する過渡時に、容量素子がスイッチ素子の両端間に等価的に並列接続され、リンギングに伴ってスイッチ素子の両端に生じる電圧を容量素子によって吸収することができる。   At this time, the capacitor element is equivalently connected in parallel between both ends of the switch element during a transition in which the switch element shifts from on to off, and the voltage generated at both ends of the switch element due to ringing can be absorbed by the capacitor element. it can.

一方、スイッチ素子がオフからオンに移行する過渡時には、整流素子の両端に容量素子が等価的に並列接続され、整流素子の逆回復時間の遅れに伴って、整流素子の両端に生じる電圧を容量素子によって吸収することがきる。   On the other hand, when the switching element transitions from OFF to ON, a capacitive element is equivalently connected in parallel to both ends of the rectifying element, and the voltage generated at both ends of the rectifying element due to the delay in the reverse recovery time of the rectifying element It can be absorbed by the element.

従って、負出力端子から、接地点の基準電位(接地電位)に対して、負の直流電圧を出力する構成において、スイッチ素子のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができる。   Therefore, in a configuration in which a negative DC voltage is output from the negative output terminal with respect to the reference potential (ground potential) at the ground point, switching loss associated with the switching operation of the switch element can be reduced.

請求項4に係るフライバックコンバータにおいては、請求項1に記載のフライバックコンバータにおいて、前記二次コイルの一端は、一対のフローティング端子の一方に接続され、前記二次コイルの他端は、接地され、前記整流素子は、カソードが前記容量素子の他端と前記フローティング端子の他方に接続され、アノードが接地され、前記フローティング端子間に平滑コンデンサが接続され、前記フローティング端子間からは、接地点の基準電位から独立したフローティング電圧が出力されてなる構成とした。 In the flyback converter according to claim 4, in the flyback converter according to claim 1, one end of the secondary coil is connected to one of a pair of floating terminals, and the other end of the secondary coil is grounded. The rectifying element has a cathode connected to the other end of the capacitive element and the other of the floating terminals , an anode is grounded, a smoothing capacitor is connected between the floating terminals, and between the floating terminals, The floating voltage independent of the reference potential is output.

(作用)二次コイルの一端を一対のフローティング端子の一方に接続し、二次コイルの他端を接地し、整流素子のカソードを容量素子の他端とフローティング端子の他方に接続し、整流素子のアノードを接地し、フローティング端子間に平滑コンデンサを接続することで、スイッチ素子がオンオフする毎に、フローティング端子間から、接地点の基準電位(接地電位)から独立したフローティング電圧を出力することができる。 (Operation) One end of the secondary coil is connected to one of the pair of floating terminals, the other end of the secondary coil is grounded, and the cathode of the rectifying element is connected to the other end of the capacitive element and the other of the floating terminals. By connecting a smoothing capacitor between the floating terminals, a floating voltage independent of the reference potential (ground potential) at the ground point can be output between the floating terminals each time the switch element is turned on / off. it can.

この際、スイッチ素子がオンからオフに移行する過渡時に、容量素子がスイッチ素子の両端間に等価的に並列接続され、リンギングに伴ってスイッチ素子の両端に生じる電圧を容量素子によって吸収することができる。   At this time, the capacitor element is equivalently connected in parallel between both ends of the switch element during a transition in which the switch element shifts from on to off, and the voltage generated at both ends of the switch element due to ringing can be absorbed by the capacitor element. it can.

一方、スイッチ素子がオフからオンに移行する過渡時には、整流素子の両端に容量素子が等価的に並列接続され、整流素子の逆回復時間の遅れに伴って、整流素子の両端に生じる電圧を容量素子によって吸収することがきる。   On the other hand, when the switching element transitions from OFF to ON, a capacitive element is equivalently connected in parallel to both ends of the rectifying element, and the voltage generated at both ends of the rectifying element due to the delay in the reverse recovery time of the rectifying element It can be absorbed by the element.

従って、一対のフローティング端子から、接地点の基準電位(接地電位)から独立したフローティング電圧を出力する構成において、スイッチ素子のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができる。   Therefore, in a configuration in which a floating voltage independent of the reference potential (ground potential) at the ground point is output from the pair of floating terminals, switching loss associated with the switching operation of the switch element can be reduced.

請求項1に係るフライバックコンバータによれば、スイッチ素子のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができる。   According to the flyback converter of the first aspect, the switching loss accompanying the switching operation of the switch element can be reduced.

請求項2に係るフライバックコンバータによれば、正出力端子から、接地点の基準電位に対して、正の直流電圧を出力する構成において、スイッチ素子のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができる。   According to the flyback converter of the second aspect, in the configuration in which a positive DC voltage is output from the positive output terminal with respect to the reference potential at the ground point, switching loss associated with the switching operation of the switch element can be reduced. it can.

請求項3に係るフライバックコンバータによれば、負出力端子から、接地点の基準電位に対して、負の直流電圧を出力する構成において、スイッチ素子のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができる。   According to the flyback converter of the third aspect, in the configuration in which a negative DC voltage is output from the negative output terminal to the reference potential at the ground point, the switching loss associated with the switching operation of the switch element can be reduced. it can.

請求項4に係るフライバックコンバータによれば、一対のフローティング端子から、接地点の基準電位から独立したフローティング電圧を出力する構成において、スイッチ素子のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができる。   According to the flyback converter of the fourth aspect, in the configuration in which the floating voltage independent from the reference potential at the ground point is output from the pair of floating terminals, the switching loss accompanying the switching operation of the switch element can be reduced.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施例を示すフライバックコンバータの回路構成図、図2(a)〜(c)は、スイッチ素子のオンオフ状態とスイッチ素子およびダイオードの電圧波形図、図3(a)〜(c)は、スイッチ素子がオンからオフに移行するときに、トランスに流れる電流の経路を説明するための図、図4は、本発明の第2実施例を示すフライバックコンバータの回路構成図、図5は、本発明の第3実施例を示すフライバックコンバータの回路構成図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a flyback converter showing a first embodiment of the present invention, FIGS. 2A to 2C are on / off states of switch elements, voltage waveforms of switch elements and diodes, and FIG. FIGS. 4A to 4C are diagrams for explaining a path of a current flowing through a transformer when the switch element shifts from on to off, and FIG. 4 illustrates a flyback converter according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a flyback converter showing a third embodiment of the present invention.

図1において、フライバックコンバータ10は、トランスT1と、NMOSトランジスタ12と、整流素子としてのダイオードD1と、容量素子としてのコンデンサC1を備えている。   In FIG. 1, the flyback converter 10 includes a transformer T1, an NMOS transistor 12, a diode D1 as a rectifying element, and a capacitor C1 as a capacitive element.

トランスT1は、一次コイルL1と二次コイルL2を備えたフライバックトランスとして構成されている。一次コイルL1と二次コイルL2は、フライバックトランスのコイルとして、トランスT1の入出力の位相が互いに逆となるように、各コイル巻線がコアに巻かれている。   The transformer T1 is configured as a flyback transformer including a primary coil L1 and a secondary coil L2. The primary coil L1 and the secondary coil L2 are coils of a flyback transformer, and each coil winding is wound around the core so that the input / output phases of the transformer T1 are opposite to each other.

一次コイルL1は、その一端(巻き始め側)が、コイルL3を介して入力端子14に接続され、他端(巻き終わり側)が、NMOSトランジスタ12を介して、接地されているとともに、入力端子16に接続されている。コイルL3は、コンデンサC2、C3とともに、ラインフィルタを構成し、コイルL3の両端にコンデンサC2、C3が接続されている。コンデンサC2は、入力端子14、16に並列接続されており、入力端子14、16間には、直流電源から直流電圧が印加される。   The primary coil L1 has one end (winding start side) connected to the input terminal 14 via the coil L3 and the other end (winding end side) grounded via the NMOS transistor 12, and the input terminal. 16 is connected. The coil L3 forms a line filter together with the capacitors C2 and C3, and the capacitors C2 and C3 are connected to both ends of the coil L3. The capacitor C2 is connected in parallel to the input terminals 14 and 16, and a DC voltage is applied between the input terminals 14 and 16 from a DC power source.

二次コイルL2は、その一端(巻き始め側)が、ダイオードD1を介して接地され、他端(巻き終わり側)が、出力端子18に接続されている。出力端子18は、平滑コンデンサC4を介して出力端子20に接続され、出力端子20は、平滑コンデンサC4の一端とともに接地されている。平滑コンデンサC4が並列接続された出力端子18、20は、光源(ランプ)などの負荷が接続される端子として構成されている。   One end (winding start side) of the secondary coil L2 is grounded via the diode D1, and the other end (winding end side) is connected to the output terminal 18. The output terminal 18 is connected to the output terminal 20 via the smoothing capacitor C4, and the output terminal 20 is grounded together with one end of the smoothing capacitor C4. The output terminals 18 and 20 to which the smoothing capacitor C4 is connected in parallel are configured as terminals to which a load such as a light source (lamp) is connected.

NMOSトランジスタ12は、一次コイルL1に直列接続されて、ドレインが一次コイルL1の一端に接続され、ソースが接地され、ゲートがパルス発生回路(図示せず)に接続されている。このNMOSトランジスタ12は、パルス発生回路からのパルス信号(オンオフ信号)に応答してスイッチング動作するスイッチ素子として構成されている。 The NMOS transistor 12 is connected in series to the primary coil L1, the drain is connected to one end of the primary coil L1, the source is grounded, and the gate is connected to a pulse generation circuit (not shown). The NMOS transistor 12 is configured as a switch element that performs a switching operation in response to a pulse signal (on / off signal) from a pulse generation circuit.

コンデンサC1は、その一端が、一次コイルL1とNMOSトランジスタ12との接続点22に接続され、その他端が、ダイオードD1のカソードに接続されている。コンデンサC1の他端とダイオードD1のカソードとの接続点24が二次コイルL2の一端(巻き始め側)に接続されている。すなわち、コンデンサC1は、接続点22と接続点24とを結ぶ容量素子として構成されている。   One end of the capacitor C1 is connected to the connection point 22 between the primary coil L1 and the NMOS transistor 12, and the other end is connected to the cathode of the diode D1. A connection point 24 between the other end of the capacitor C1 and the cathode of the diode D1 is connected to one end (winding start side) of the secondary coil L2. That is, the capacitor C <b> 1 is configured as a capacitive element that connects the connection point 22 and the connection point 24.

ダイオードD1は、カソードがコンデンサC1の他端(接続点24)と二次コイルL2の一端(巻き始め側)に接続され、アノードが接地されている。ダイオードD1は、NMOSトランジスタ12のオン時に、二次コイルL2に二次電流が流れるのを阻止し、NMOSトランジスタ12のオフ時には、二次コイルL2に二次電流が流れるように機能する整流素子として構成されている。   The diode D1 has a cathode connected to the other end (connection point 24) of the capacitor C1 and one end (winding start side) of the secondary coil L2, and an anode grounded. The diode D1 is a rectifying element that functions to prevent a secondary current from flowing through the secondary coil L2 when the NMOS transistor 12 is on, and to function as a secondary current flows through the secondary coil L2 when the NMOS transistor 12 is off. It is configured.

この際、出力端子18は、正出力端子として機能し、出力端子20は、接地点として機能し、出力端子18からは、接地点の基準電位(接地電位)に対して、昇降圧された正の直流電圧が出力される。   At this time, the output terminal 18 functions as a positive output terminal, the output terminal 20 functions as a ground point, and the output terminal 18 positively boosts or lowers the voltage from the reference potential (ground potential) at the ground point. DC voltage is output.

上記構成によるフライバックコンバータ10において、入力端子14、16に直流電圧が印加されたときに、パルス発生回路からのパルス信号に応答して、NMOSトランジスタ12がオンすると、一次コイルL1に一次電流が流れ、一次コイルL1にエネルギーが蓄積される。このとき、ダイオードD1は、二次コイルL2に二次電流が流れるのを阻止する。   In the flyback converter 10 having the above configuration, when the NMOS transistor 12 is turned on in response to the pulse signal from the pulse generation circuit when a DC voltage is applied to the input terminals 14 and 16, a primary current is supplied to the primary coil L1. The energy is accumulated in the primary coil L1. At this time, the diode D1 prevents the secondary current from flowing through the secondary coil L2.

一次コイルL1にエネルギーが蓄積された後、NMOSトランジスタ12がオンからオフに移行すると、二次コイルL2の両端電圧の位相が反転し、一次コイルL1に蓄積されていたエネルギーが二次コイルL2から放出され、二次コイルL2にダイオードD1を介して二次電流が流れる。この二次電流が平滑コンデンサC4で平滑されると、出力端子18からは、接地点の基準電位(接地電位)に対して、昇降圧された正の直流電圧が出力される。   After the energy is stored in the primary coil L1, when the NMOS transistor 12 shifts from on to off, the phase of the voltage across the secondary coil L2 is reversed, and the energy stored in the primary coil L1 is transferred from the secondary coil L2. The secondary current is discharged, and a secondary current flows through the secondary coil L2 via the diode D1. When the secondary current is smoothed by the smoothing capacitor C4, the output terminal 18 outputs a positive DC voltage that is stepped up and down with respect to the reference potential (ground potential) at the ground point.

ここで、コンデンサC1を取り除いた状態で、NMOSトランジスタ12をオンにした後、NMOSトランジスタ12をオンからオフにすると、図2(a)に示すように、NMOSトランジスタ12のドレイン・ソース間の電圧VDSに対して、リンギングによる電圧V1が重畳する。 Here, when the NMOS transistor 12 is turned on after the NMOS transistor 12 is turned on with the capacitor C1 removed, the voltage between the drain and source of the NMOS transistor 12 is turned on as shown in FIG. against V DS, a voltage V1 by the ringing is superimposed.

また、NMOSトランジスタ12をオフにした後、NMOSトランジスタ12をオフからオンにすると、図2(b)に示すように、ダイオードD1のカソード・アノード間の電圧VKAに対して、ダイオードD1の逆回復時間の遅れに伴う、電圧V2が発生する。電圧V1、V2は、NMOSトランジスタ12のスイッチング動作に伴うスイッチング損失となる。 When the NMOS transistor 12 is turned on after turning off the NMOS transistor 12, as shown in FIG. 2B, the reverse of the diode D1 with respect to the voltage V KA between the cathode and the anode of the diode D1. A voltage V2 is generated with a delay in the recovery time. The voltages V1 and V2 are switching losses associated with the switching operation of the NMOS transistor 12.

そこで、本実施例では、電圧V1、V2を低減するために、一次コイルL1とNMOSトランジスタ12との接続点22にコンデンサC1の一端を接続し、ダイオードD1のカソードと二次コイルL2の一端(巻き始め側)との接続点24にコンデンサC1の他端を、接続する構成を採用している。   Therefore, in this embodiment, in order to reduce the voltages V1 and V2, one end of the capacitor C1 is connected to the connection point 22 between the primary coil L1 and the NMOS transistor 12, and the cathode of the diode D1 and one end of the secondary coil L2 ( A configuration is adopted in which the other end of the capacitor C1 is connected to the connection point 24 to the winding start side).

以下、接続点22と接続点24とをコンデンサC1を介して接続することで、電圧V1を低減できる理由を図3に基づいて説明する。   Hereinafter, the reason why the voltage V1 can be reduced by connecting the connection point 22 and the connection point 24 via the capacitor C1 will be described with reference to FIG.

まず、NMOSトランジスタ12がオンになったときには、図3(a)に示すように、一次コイルL1に一次電流I1が流れる。このとき、ダイオードD1には、逆方向に電圧が印加されているので、ダイオードD1はオフ状態にあって、二次コイルL2に二次電流は流れない。この場合、コンデンサC1の充電電圧の極性は、ダイオードD1側(接続点24側)がプラスとなり、NMOSトランジスタ12側(接続点22側)がマイナスとなる。   First, when the NMOS transistor 12 is turned on, as shown in FIG. 3A, a primary current I1 flows through the primary coil L1. At this time, since a voltage is applied to the diode D1 in the reverse direction, the diode D1 is in an OFF state and no secondary current flows through the secondary coil L2. In this case, the polarity of the charging voltage of the capacitor C1 is positive on the diode D1 side (connection point 24 side) and negative on the NMOS transistor 12 side (connection point 22 side).

この後、図3(b)に示すように、NMOSトランジスタ12がオンからオフに移行する過渡時には、二次コイルL2の両端電圧の位相が反転するに伴って、コンデンサC1のダイオード側(接続点24側)の電位が低下するとともに、コンデンサC1のNMOSトランジスタ12側(接続点22側)の電位も低下し、電圧V1の発生に伴う、リンギング分の電流Irは、コンデンサC1を介して二次コイルL2に流れる。   Thereafter, as shown in FIG. 3B, during the transition of the NMOS transistor 12 from on to off, as the phase of the voltage across the secondary coil L2 is inverted, the diode side (connection point) of the capacitor C1 is reversed. 24), the potential of the capacitor C1 on the NMOS transistor 12 side (connection point 22 side) also decreases, and the ringing current Ir accompanying the generation of the voltage V1 is secondary through the capacitor C1. It flows to the coil L2.

この際、二次コイルL2は、コンデンサC1からの電流Irを出力端子18の方向に流すように作用する。このため、コンデンサC1のダイオードD1側(接続点24側)の電位が接地電位に低下するまでは、二次コイルL2に流れる電流Irは、コンデンサC1から供給される。すなわち、リンギング分の電流Irは、コンデンサC1を介してトランスT1の二次側(二次コイルL2)に流れる。   At this time, the secondary coil L <b> 2 acts so that the current Ir from the capacitor C <b> 1 flows in the direction of the output terminal 18. For this reason, the current Ir flowing through the secondary coil L2 is supplied from the capacitor C1 until the potential on the diode D1 side (connection point 24 side) of the capacitor C1 drops to the ground potential. That is, the ringing current Ir flows to the secondary side (secondary coil L2) of the transformer T1 via the capacitor C1.

次に、図3(c)に示すように、NMOSトランジスタ12がオンからオフに移行する過程で、二次コイルL2の両端電圧が高くなるとともに、ダイオードD1に印加される順方向電圧が高くなり、コンデンサC1のダイオードD1側(接続点24側)の電位がほぼ接地電位(実際にはダイオードD1の順方向電位になるが、出力電位に比べ十分に小さいためダイオードD1のオン時の接続点24の電位はほぼ接地と考えてよい)になったときに、ダイオードD1がオンになると、一次コイルL1に蓄積されたエネルギーを二次コイルL2から放出するための電流が、二次電流I2として、ダイオードD1を経由して二次コイルL2に流れる。   Next, as shown in FIG. 3C, the voltage across the secondary coil L2 increases and the forward voltage applied to the diode D1 increases in the process in which the NMOS transistor 12 transitions from on to off. The potential on the diode D1 side (connection point 24 side) of the capacitor C1 is almost the ground potential (actually the forward potential of the diode D1, but is sufficiently smaller than the output potential, so the connection point 24 when the diode D1 is on is When the diode D1 is turned on, the current for discharging the energy stored in the primary coil L1 from the secondary coil L2 is the secondary current I2. It flows to the secondary coil L2 via the diode D1.

このように、NMOSトランジスタ12がオンからオフに移行する過渡時に、リンギングによる電圧V1が発生しても、電圧V1の発生に伴う、リンギング分の電流Irは、コンデンサC1を介してトランスT1の二次側に流れるので、電圧V1の発生を抑制することができる。   In this way, even when the voltage V1 due to ringing is generated during the transition in which the NMOS transistor 12 transitions from on to off, the current Ir corresponding to the ringing accompanying the generation of the voltage V1 is equal to that of the transformer T1 via the capacitor C1. Since it flows to the secondary side, generation of the voltage V1 can be suppressed.

この際、コンデンサC1は、NMOSトランジスタ12がオンからオフに移行する過渡時には、等価的に、NMOSトランジスタ12のドレイン・ソース間に並列接続され、電圧V1の発生に伴う、リンギング分の電流Irを、接地電位にバイパスするように機能する。   At this time, the capacitor C1 is equivalently connected in parallel between the drain and source of the NMOS transistor 12 during a transition in which the NMOS transistor 12 transitions from on to off, and a ringing current Ir associated with the generation of the voltage V1. , Function to bypass to ground potential.

次に、接続点22と接続点24とをコンデンサC1を介して接続することで、電圧V2を低減できる理由について説明する。   Next, the reason why the voltage V2 can be reduced by connecting the connection point 22 and the connection point 24 via the capacitor C1 will be described.

NMOSトランジスタ12がオフからオンに移行する過渡時には、NMOSトランジスタ12がオンになると、NMOSトランジスタ12のドレインが略接地電位となり、等価的に、ダイオードD1の両端に、コンデンサC1が並列接続される。   When the NMOS transistor 12 transitions from off to on, when the NMOS transistor 12 is turned on, the drain of the NMOS transistor 12 becomes substantially ground potential, and equivalently, a capacitor C1 is connected in parallel across the diode D1.

このため、NMOSトランジスタ12がオフからオンに移行する過渡時に、ダイオードD1の逆回復時間の遅れに伴う、負の電圧V2が発生しても、この電圧V2は、コンデンサC1によって吸収される。   For this reason, even if a negative voltage V2 is generated due to a delay in the reverse recovery time of the diode D1 during the transition of the NMOS transistor 12 from OFF to ON, the voltage V2 is absorbed by the capacitor C1.

本実施例によれば、NMOSトランジスタ12がオンからオフに移行する過渡時に、コンデンサC1をNMOSトランジスタ12のドレイン・ソース間に等価的に並列接続し、NMOSトランジスタ12がオフからオンに移行する過渡時には、コンデンサC1をダイオードD1の両端に等価的に並列接続したため、出力端子18から、接地点(出力端子20)の基準電位(接地電位)に対して、正の直流電圧を出力する構成において、NMOSトランジスタ12のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができる。   According to this embodiment, the capacitor C1 is equivalently connected in parallel between the drain and source of the NMOS transistor 12 when the NMOS transistor 12 transitions from on to off, and the NMOS transistor 12 transitions from off to on. In some cases, the capacitor C1 is equivalently connected in parallel to both ends of the diode D1, so that a positive DC voltage is output from the output terminal 18 to the reference potential (ground potential) at the ground point (output terminal 20). The switching loss accompanying the switching operation of the NMOS transistor 12 can be reduced.

次に、本発明の第2実施例を図4に基づいて説明する。本実施例は、ダイオードD1のアノードを、接地する代わりに、出力端子20に接続し、出力端子18を接地し、出力端子20から、接地点(出力端子18)の基準電位(接地電位)に対して、負の直流電圧を出力するようにしたものであり、他の構成は第1実施例と同様である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, instead of grounding the anode of the diode D1, the output terminal 20 is connected, the output terminal 18 is grounded, and the output terminal 20 is connected to the reference potential (ground potential) of the ground point (output terminal 18). On the other hand, a negative DC voltage is output, and the other configuration is the same as that of the first embodiment.

具体的には、ダイオードD1は、カソードがコンデンサC1の他端(接続点24)と二次コイルL2の一端(巻き始め側)に接続され、アノードが出力端子20に接続されている。二次コイルL2の他端(巻き終わり側)は、出力端子18に接続されているとともに、接地され、かつ平滑コンデンサC4を介してダイオードD1のアノードに接続されている。そして、出力端子20は、負出力端子として構成され、出力端子20からは、NMOSトランジスタ12がオンオフする毎に、接地点(出力端子18)の基準電位(接地電位)に対して、昇降圧された負の直流電圧が出力される。   Specifically, the diode D1 has a cathode connected to the other end (connection point 24) of the capacitor C1 and one end (winding start side) of the secondary coil L2, and an anode connected to the output terminal 20. The other end (winding end side) of the secondary coil L2 is connected to the output terminal 18, is grounded, and is connected to the anode of the diode D1 through the smoothing capacitor C4. The output terminal 20 is configured as a negative output terminal. The output terminal 20 is stepped up / down with respect to the reference potential (ground potential) at the ground point (output terminal 18) every time the NMOS transistor 12 is turned on / off. Negative DC voltage is output.

本実施例によれば、NMOSトランジスタ12がオンからオフに移行する過渡時に、コンデンサC1をNMOSトランジスタ12のドレイン・ソース間に等価的に並列接続し、NMOSトランジスタ12がオフからオンに移行する過渡時には、コンデンサC1をダイオードD1の両端に等価的に並列接続したため、出力端子20から、接地点(出力端子18)の基準電位(接地電位)に対して、負の直流電圧を出力する構成において、NMOSトランジスタ12のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができる。   According to this embodiment, the capacitor C1 is equivalently connected in parallel between the drain and source of the NMOS transistor 12 when the NMOS transistor 12 transitions from on to off, and the NMOS transistor 12 transitions from off to on. In some cases, since the capacitor C1 is equivalently connected in parallel to both ends of the diode D1, a negative DC voltage is output from the output terminal 20 to the reference potential (ground potential) at the ground point (output terminal 18). The switching loss accompanying the switching operation of the NMOS transistor 12 can be reduced.

次に、本発明の第3実施例を図5に基づいて説明する。本実施例は、出力端子18、20をフローティング端子とし、出力端子18、20から、接地点の基準電位(接地電位)から独立したフローティング電圧を出力するようにしたものであり、他の構成は第1実施例と同様である。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the output terminals 18 and 20 are used as floating terminals, and a floating voltage independent of the reference potential (ground potential) at the ground point is output from the output terminals 18 and 20. The same as in the first embodiment.

具体的には、二次コイルL2は、一端(巻き始め側)が出力端子20に接続され、他端(巻き終わり側)が接地されているとともに、ダイオードD1のアノードに接続されている。ダイオードD1は、カソードが出力端子18に接続されているとともに、コンデンサC1の他端(接続点24)に接続されている。   Specifically, the secondary coil L2 has one end (winding start side) connected to the output terminal 20, the other end (winding end side) grounded, and is connected to the anode of the diode D1. The diode D1 has a cathode connected to the output terminal 18 and is connected to the other end (connection point 24) of the capacitor C1.

すなわち、コンデンサC1の他端とダイオードD1のカソードとの接続点24は、二次コイルL2の一端(巻き始め側)の代わりに、出力端子18に接続されている。出力端子18、20には、平滑コンデンサC4が並列接続されている。   That is, the connection point 24 between the other end of the capacitor C1 and the cathode of the diode D1 is connected to the output terminal 18 instead of one end (winding start side) of the secondary coil L2. A smoothing capacitor C4 is connected to the output terminals 18 and 20 in parallel.

出力端子18、20は、いずれも直接接地されることなく、接地点の基準電位(接地電位)からフローティングされた状態にある。このため、NMOSトランジスタ12がオンオフする毎に、出力端子18、20からは、ダイオードD1のアノードを接地点として、接地点の基準電位(接地電位)から独立したフローティング電圧が出力される。   The output terminals 18 and 20 are not directly grounded but are in a floating state from the reference potential (ground potential) at the ground point. For this reason, each time the NMOS transistor 12 is turned on / off, a floating voltage independent of the reference potential (ground potential) at the ground point is output from the output terminals 18 and 20 with the anode of the diode D1 as the ground point.

本実施例によれば、NMOSトランジスタ12がオンからオフに移行する過渡時に、コンデンサC1をNMOSトランジスタ12のドレイン・ソース間に等価的に並列接続し、NMOSトランジスタ12がオフからオンに移行する過渡時には、コンデンサC1をダイオードD1の両端に等価的に並列接続したため、出力端子18、20から、接地点の基準電位(接地電位)から独立したフローティング電圧を出力する構成において、NMOSトランジスタ12のスイッチング動作に伴うスイッチング損失を低減することができる。   According to this embodiment, the capacitor C1 is equivalently connected in parallel between the drain and source of the NMOS transistor 12 when the NMOS transistor 12 transitions from on to off, and the NMOS transistor 12 transitions from off to on. In some cases, the capacitor C1 is equivalently connected in parallel to both ends of the diode D1, so that the switching operation of the NMOS transistor 12 is performed in a configuration in which the floating voltage independent of the reference potential (ground potential) at the ground point is output from the output terminals 18 and 20. The switching loss accompanying this can be reduced.

本発明の第1実施例を示すフライバックコンバータの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the flyback converter which shows 1st Example of this invention. (a)〜(c)は、スイッチ素子のオンオフ状態とスイッチ素子およびダイオードの電圧波形図である。(A)-(c) is an on-off state of a switch element, and the voltage waveform figure of a switch element and a diode. (a)〜(c)は、スイッチ素子がオンからオフに移行するときに、トランスに流れる電流の経路を説明するための図である。(A)-(c) is a figure for demonstrating the path | route of the electric current which flows into a trans | transformer, when a switch element changes from ON to OFF. 本発明の第2実施例を示すフライバックコンバータの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the flyback converter which shows 2nd Example of this invention. 本発明の第3実施例を示すフライバックコンバータの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the flyback converter which shows 3rd Example of this invention.

10 フライバックコンバータ
12 NMOSトランジスタ
14、16 入力端子
18、20 出力端子
22、24 接続点
C1〜C4 コンデンサ
D1 ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flyback converter 12 NMOS transistor 14, 16 Input terminal 18, 20 Output terminal 22, 24 Connection point C1-C4 Capacitor D1 Diode

Claims (4)

電源より直流電圧を受ける一次コイルと、
前記一次コイルに直列接続されたスイッチ素子と、
前記一次コイルとトランスを形成するように設けられた二次コイルと、
前記二次コイルに直列接続された整流素子を備えているフライバックコンバータにおいて、
容量素子を備え、前記容量素子の一端は、前記一次コイルと前記スイッチ素子との接続点に接続され、前記容量素子の他端は、前記整流素子のカソードに接続されていることを特徴とするフライバックコンバータ。
A primary coil that receives a DC voltage from a power source;
A switch element connected in series to the primary coil;
A secondary coil provided to form a transformer with the primary coil;
In a flyback converter including a rectifying element connected in series to the secondary coil,
A capacitor element, wherein one end of the capacitor element is connected to a connection point between the primary coil and the switch element, and the other end of the capacitor element is connected to a cathode of the rectifier element. Flyback converter.
請求項1に記載のフライバックコンバータにおいて、
前記整流素子は、カソードが前記容量素子の他端と前記二次コイルの一端に接続され、アノードが接地され、
前記二次コイルの他端は、正出力端子に接続されているとともに、平滑コンデンサを介して接地され、
前記正出力端子からは、接地点の基準電位に対して、正の直流電圧が出力されてなることを特徴とするフライバックコンバータ。
The flyback converter according to claim 1,
The rectifying element has a cathode connected to the other end of the capacitive element and one end of the secondary coil, and an anode grounded,
The other end of the secondary coil is connected to the positive output terminal and grounded through a smoothing capacitor.
A flyback converter, wherein a positive DC voltage is output from the positive output terminal with respect to a reference potential at a ground point.
請求項1に記載のフライバックコンバータにおいて、
前記整流素子は、カソードが前記容量素子の他端と前記二次コイルの一端に接続され、アノードが負出力端子に接続されているとともに、平滑コンデンサを介して接地され、
前記二次コイルの他端は、接地され、
前記負出力端子からは、接地点の基準電位に対して、負の直流電圧が出力されてなることを特徴とするフライバックコンバータ。
The flyback converter according to claim 1,
The rectifying element has a cathode connected to the other end of the capacitive element and one end of the secondary coil, an anode connected to a negative output terminal, and is grounded via a smoothing capacitor,
The other end of the secondary coil is grounded,
The flyback converter, wherein a negative DC voltage is output from the negative output terminal with respect to a reference potential at a ground point.
請求項1に記載のフライバックコンバータにおいて、
前記二次コイルの一端は、一対のフローティング端子の一方に接続され、前記二次コイルの他端は、接地され、
前記整流素子は、カソードが前記容量素子の他端と前記フローティング端子の他方に接続され、アノードが接地され、
前記フローティング端子間に平滑コンデンサが接続され、
前記フローティング端子間からは、接地点の基準電位から独立したフローティング電圧が出力されてなることを特徴とするフライバックコンバータ。
The flyback converter according to claim 1,
One end of the secondary coil is connected to one of a pair of floating terminals, the other end of the secondary coil is grounded,
In the rectifying element, the cathode is connected to the other end of the capacitive element and the other of the floating terminals , the anode is grounded,
A smoothing capacitor is connected between the floating terminals,
A flyback converter, wherein a floating voltage independent of a reference potential at a ground point is output from between the floating terminals.
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