TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
公開番号2021069136
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2019190431
出願日20191017
発明の名称スイッチング素子の駆動装置
出願人ニチコン株式会社
代理人特許業務法人みのり特許事務所
主分類H02M 1/08 20060101AFI20210402BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】駆動信号のONデューティが広い範囲で変化してもスイッチング素子を確実にオンオフ動作させることが可能な駆動装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る駆動装置10Aは、スイッチング電圧VP1の倍化により倍電圧VP2を生成する倍化回路11と、倍電圧VP2の降圧により所定のレギュレート電圧VP3を生成するレギュレータ回路12Aとを備えており、二次側スイッチング素子Q2が、スイッチング電圧VP1およびレギュレート電圧VP3のうちの高い方によってオンオフ駆動されること、および、レギュレート電圧VP3が、駆動信号PWMのONデューティが最大値となるときのスイッチング電圧VP1と倍電圧VP2との間にあり、かつ二次側スイッチング素子Q2をオンさせるために必要な電圧よりも高いことを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
トランスの一次巻線に接続された一次側スイッチング素子を駆動信号にしたがってオンオフ動作させて該トランスの二次巻線にスイッチング電圧を生じさせるとともに、前記スイッチング電圧を利用して二次側スイッチング素子をオンオフ動作させる駆動装置であって、
前記スイッチング電圧の倍化により倍電圧を生成する倍化回路と、
前記倍電圧の降圧により所定のレギュレート電圧を生成するレギュレータ回路と、
を備え、
前記二次側スイッチング素子が、前記スイッチング電圧および前記レギュレート電圧のうちの高い方によってオンオフ駆動され、
前記レギュレート電圧が、前記駆動信号のONデューティが最大値となるときの前記スイッチング電圧と前記倍電圧との間にあり、かつ前記二次側スイッチング素子をオンさせるために必要な電圧よりも高い
ことを特徴とする駆動装置。
続きを表示(約 380 文字)【請求項2】
前記倍化回路は、一端が前記二次巻線の一端に接続されたコンデンサと、アノードが前記二次巻線の他端に接続されるとともにカソードが前記コンデンサの他端に接続された第1ダイオードと、アノードが前記第1ダイオードのカソードに接続されるとともにカソードが前記レギュレータ回路の入力に接続された第2ダイオードとを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
【請求項3】
前記スイッチング電圧がゼロになると前記レギュレータ回路の動作を停止させる停止回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。
【請求項4】
前記駆動信号が停止したことを示す停止信号を受信すると前記レギュレータ回路の動作を停止させる停止回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、外部から入力された駆動信号にしたがってスイッチング素子をオンオフ動作させる駆動装置に関する。
続きを表示(約 7,800 文字)【背景技術】
【0002】
従来、駆動信号にしたがってスイッチング素子をオンオフ動作させる駆動装置として、図5に示した駆動装置100が知られている(例えば、非特許文献1参照)。この駆動装置100は、トランスTの一次巻線T
1
に接続された一次側スイッチング素子Q
1
を駆動信号PWMにしたがってオンオフ動作させると、トランスTの二次巻線T
2
に生じたスイッチング電圧によって駆動対象である二次側スイッチング素子Q
2
がオンオフ動作するように構成されている。この駆動装置100によれば、駆動信号PWMを絶縁しながら二次側スイッチング素子Q
2
の駆動に必要な電力を一次側から二次側に伝達することができる。なお、図5に示した例では、二次側スイッチング素子Q
2
はMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
稲葉保著,「パワーMOS FET 活用の基礎と実際」,CQ出版社,2004年11月,p.77−78
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、二次側スイッチング素子Q
2
を十分にオンさせるためには、二次側スイッチング素子Q
2
のゲート−ソース間に入力される電圧、すなわちドライブ電圧V
Pb
(=点P
0
を基準とした点P
b
の電位)が所定の最低電圧値V
Low
よりも大きくなければならない。しかしながら、従来の駆動装置100では、駆動信号PWMのONデューティが大きくなるにつれてスイッチング電圧V
Pa
(=点P
0
を基準とした点P
a
の電位)が低下し、これにともなってドライブ電圧V
Pb
も低下するので、最低電圧値V
Low
を確保することができず、二次側スイッチング素子Q
2
を十分にオンさせることができない場合があった(図6および図7参照)。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、駆動信号のONデューティが広い範囲で変化してもスイッチング素子を確実にオンオフ動作させることが可能な駆動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明に係る駆動装置は、トランスの一次巻線に接続された一次側スイッチング素子を駆動信号にしたがってオンオフ動作させて該トランスの二次巻線にスイッチング電圧を生じさせるとともに、スイッチング電圧を利用して二次側スイッチング素子をオンオフ動作させる駆動装置であって、スイッチング電圧の倍化により倍電圧を生成する倍化回路と、倍電圧の降圧により所定のレギュレート電圧を生成するレギュレータ回路とを備え、二次側スイッチング素子が、スイッチング電圧およびレギュレート電圧のうちの高い方によってオンオフ駆動され、レギュレート電圧が、駆動信号のONデューティが最大値となるときのスイッチング電圧と倍電圧との間にあり、かつ二次側スイッチング素子をオンさせるために必要な電圧よりも高い、ことを特徴とする。
【0007】
この構成によれば、駆動信号のONデューティが大きくなってスイッチング電圧が二次側スイッチング素子をオンさせることができない程に低下しても、倍化回路およびレギュレータ回路がスイッチング電圧に基づいて生成したレギュレータ電圧(=二次側スイッチング素子をオンさせるために必要な電圧よりも高い電圧)によって二次側スイッチング素子を確実にオンオフ動作させることができる。
【0008】
上記駆動装置の倍化回路は、例えば、一端が二次巻線の一端に接続されたコンデンサと、アノードが二次巻線の他端に接続されるとともにカソードがコンデンサの他端に接続された第1ダイオードと、アノードが第1ダイオードのカソードに接続されるとともにカソードがレギュレータ回路の入力に接続された第2ダイオードとを含んでいてもよい。
【0009】
上記駆動装置は、より確実に二次側スイッチング素子をオフさせるために、スイッチング電圧がゼロになるとレギュレータ回路の動作を停止させる停止回路、または、駆動信号が停止したことを示す停止信号を受信するとレギュレータ回路の動作を停止させる停止回路をさらに備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、駆動信号のONデューティが広い範囲で変化してもスイッチング素子を確実にオンオフ動作させることが可能な駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本発明の第1実施例に係る駆動装置の回路図である。
図1に示した駆動装置における、駆動信号のONデューティと各部の電圧との関係を示す図である。
図1に示した駆動装置の各部の電圧波形図であって、(A)は駆動信号のONデューティが20%である場合の波形図、(B)はONデューティが80%である場合の波形図である。
本発明の第2実施例に係る駆動装置の回路図である。
従来の駆動装置の回路図である。
図5に示した従来の駆動装置における、駆動信号のONデューティと各部の電圧との関係を示す図である。
図5に示した従来の駆動装置の各部の電圧波形図であって、(A)は駆動信号のONデューティが20%である場合の波形図、(B)はONデューティが80%である場合の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る駆動装置の実施例について説明する。
【0013】
[第1実施例]
図1に、本発明の第1実施例に係る駆動装置10Aを示す。同図に示すように、駆動装置10Aは、トランスTの一次巻線T
1
を含む一次側回路と、トランスTの二次巻線T
2
を含む二次側回路とから構成されている。
【0014】
一次側回路は、前述の一次巻線T
1
と、カソードが一次巻線T
1
の一端(●側)に接続されたダイオードD
1
と、コレクタが一次巻線T
1
の他端に接続されたNPN型の一次側スイッチング素子Q
1
と、一端が一次側スイッチング素子Q
1
のベースに接続された抵抗R
1
とを含んでいる。ダイオードD
1
のアノード、一次側スイッチング素子Q
1
のエミッタおよび抵抗R
1
の他端は接地されている。また、一次側スイッチング素子Q
1
のベースには上位の制御回路(不図示)が出力した駆動信号PWMが入力され、一次巻線T
1
の中間タップには電源電圧VCCが入力されるようになっている。
【0015】
二次側回路は、前述の二次巻線T
2
と、アノードが二次巻線T
2
の一端(●側)に接続されたダイオードD
2
,D
3
と、一端がダイオードD
2
のカソードに接続された抵抗R
3
と、一端が抵抗R
3
の他端に接続された抵抗R
4
と、エミッタがダイオードD
2
のカソードに接続されるとともにベースがダイオードD
3
のカソードに接続されたPNP型のスイッチング素子Q
3
と、一端がスイッチング素子Q
3
のベースに接続された抵抗R
2
とを含んでいる。スイッチング素子Q
3
のコレクタおよび抵抗R
2
,R
4
の他端は、二次巻線T
2
の他端に接続されている。
【0016】
抵抗R
3
の他端(抵抗R
4
の一端)は、駆動対象である二次側スイッチング素子Q
2
のゲートにも接続されている。また、二次巻線T
2
の他端は、二次側スイッチング素子Q
2
のソースにも接続されている。なお、本実施例では、二次側スイッチング素子Q
2
はMOSFETである。
【0017】
二次側回路は、倍化回路11と、レギュレータ回路12Aと、ダイオードD
6
とをさらに含んでいる。
【0018】
倍化回路11は、一端が二次巻線T
2
の一端に接続されたコンデンサC
1
と、アノードが二次巻線T
2
の他端に接続されるとともにカソードがコンデンサC
1
の他端に接続されたダイオードD
4
と、アノードがダイオードD
4
のカソードに接続されるとともにカソードがレギュレータ回路12Aの入力に接続されたダイオードD
5
とを含んでいる。ダイオードD
4
は、本発明の「第1ダイオード」に相当する。また、ダイオードD
5
は、本発明の「第2ダイオード」に相当する。
【0019】
ダイオードD
6
は、アノードがレギュレータ回路12Aの出力に接続されるとともにカソードがダイオードD
2
のカソードに接続されている。
【0020】
なお、以下では、点P
0
を基準とした点P
1
の電位をスイッチング電圧V
P1
と呼び、点P
0
を基準とした点P
2
の電位を倍電圧V
P2
と呼び、点P
0
を基準とした点P
3
の電位をレギュレート電圧V
P3
と呼び、さらに、点P
0
を基準とした点P
4
の電位をドライブ電圧V
P4
と呼ぶこととする。
【0021】
駆動信号PWMが矩形状に変化すると、スイッチング電圧V
P1
、倍電圧V
P2
、レギュレート電圧V
P3
およびドライブ電圧V
P4
は、駆動信号PWMと同相で矩形状に変化する。つまり、駆動信号PWMがLレベルからHレベルに変化すると、電圧V
P1
,V
P2
,V
P3
,V
P4
もLレベルからHレベルに変化し、駆動信号PWMがHレベルからLレベルに変化すると、電圧V
P1
,V
P2
,V
P3
,V
P4
もHレベルからLレベルに変化する。また、ドライブ電圧V
P4
の変化により、二次側スイッチング素子Q
2
のゲート−ソース間に入力される電圧が所定の最低電圧値V
Low
を上回ると二次側スイッチング素子Q
2
はオンし、最低電圧値V
Low
を下回ると二次側スイッチング素子Q
2
はオフする。
【0022】
図2に示すように、スイッチング電圧V
P1
のHレベルは、駆動信号PWMのONデューティが大きくなるにつれて低下していく。そして、本実施例では、駆動信号PWMのONデューティが65%を超えると、スイッチング電圧V
P1
のHレベルが最低電圧値V
Low
を下回る。
【0023】
倍電圧V
P2
は、倍化回路11がスイッチング電圧V
P1
の倍化により生成したものである。スイッチング電圧V
P1
のHレベルと同様、倍電圧V
P2
のHレベルも、駆動信号PWMのONデューティが大きくなるにつれて低下していく。しかしながら、倍電圧V
P2
のHレベルは、駆動信号PWMのONデューティが最小値である20%と最大値である80%との間で変化しても、最低電圧値V
Low
を下回ることはない。一方で、倍電圧V
P2
のHレベルは、駆動信号PWMのONデューティが小さくなると、二次側スイッチング素子Q
2
のゲート−ソース間電圧の上限値である所定の最高電圧値V
High
を上回ることがある。
【0024】
レギュレート電圧V
P3
は、レギュレータ回路12Aが倍電圧V
P2
の降圧により生成したものである。レギュレート電圧V
P3
のHレベルは、電圧値V
Reg
を有している。電圧値V
Reg
は、最低電圧値V
Low
よりも高く、かつ駆動信号PWMのONデューティが80%であるときのスイッチング電圧V
P1
の値と倍電圧V
P2
の値との間に設定されている。前述した通り、倍電圧V
P2
のHレベルは最高電圧値V
High
を上回ることがあるが、レギュレータ回路12Aが倍電圧V
P2
をレギュレート電圧V
P3
に制限(降圧)することにより、最高電圧値V
High
を上回る電圧が二次側スイッチング素子Q
2
のゲート−ソース間に印加されることはない。
【0025】
レギュレート電圧V
P3
およびスイッチング電圧V
P1
のうちの高い方が、太線で示されたドライブ電圧V
P4
となる。つまり、本実施例では、駆動信号PWMのONデューティが50%未満であるときはスイッチング電圧V
P1
がドライブ電圧V
P4
となり、駆動信号PWMのONデューティが50%以上であるときはレギュレート電圧V
P3
がドライブ電圧V
P4
となる。
【0026】
図3を参照しながら、本実施例に係る駆動装置10Aの動作を整理する。駆動信号PWMのONデューティが20%であるとき、スイッチング電圧V
P1
のHレベルは、レギュレート電圧V
P3
のHレベル(=電圧値V
Reg
)よりも高く、かつ最低電圧値V
Low
よりも高いので、ドライブ電圧V
P4
としてのスイッチング電圧V
P1
が二次側スイッチング素子Q
2
をオンオフ動作させる(同図(A)参照)。一方、駆動信号PWMのONデューティが80%であるとき、スイッチング電圧V
P1
のHレベルは、レギュレート電圧V
P3
のHレベルよりも低いので、ドライブ電圧V
P4
としてのレギュレート電圧V
P3
が二次側スイッチング素子Q
2
をオンオフ動作させる(同図(B)参照)。
【0027】
このように、本実施例に係る駆動装置10Aによれば、駆動信号PWMのONデューティが広い範囲で変化しても、スイッチング電圧V
P1
およびレギュレート電圧V
P3
のうちの高い方がドライブ電圧V
P4
となって二次側スイッチング素子Q
2
を確実にオンオフ動作させることができる。
【0028】
[第2実施例]
図4に、本発明の第2実施例に係る駆動装置10Bを示す。同図に示すように、駆動装置10Bは、二次側回路が停止回路13をさらに含んでいる点と、二次側回路がレギュレータ回路12Aの代わりにレギュレータ回路12Bを含んでいる点とにおいて第1実施例に係る駆動装置10Aと相違しているが、それ以外の点においては駆動装置10Aと共通している。
【0029】
停止回路13は、アノードが二次巻線T
2
の一端に接続されたダイオードD
7
と、一端がダイオードD
7
のカソードに接続された抵抗R
5
と、エミッタがレギュレータ回路12Bに接続されるとともにベースがダイオードD
7
のカソードに接続されたPNP型のスイッチング素子Q
4
とを含んでいる。スイッチング素子Q
4
のコレクタおよび抵抗R
5
の他端は、二次巻線T
2
の他端に接続されている。
【0030】
スイッチング素子Q
4
のベースには、ダイオードD
7
を介してスイッチング電圧V
P1
が入力される。スイッチング電圧V
P1
がHレベルのとき、スイッチング素子Q
4
はオフする。このとき、スイッチング素子Q
4
は、レギュレータ回路12Bに何も影響を与えない。一方、スイッチング電圧V
P1
がLレベルのとき、スイッチング素子Q
4
はオンする。このとき、スイッチング素子Q
4
によって電流を引き抜かれたレギュレータ回路12Bは、動作し得なくなってレギュレート電圧V
P3
の出力を停止させる(レギュレート電圧V
P3
がゼロになる)。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

ニチコン株式会社
電源装置
ニチコン株式会社
無線給電装置
ニチコン株式会社
蓄電システム
ニチコン株式会社
電源システム
ニチコン株式会社
交流電力変換装置
ニチコン株式会社
スイッチング電源装置
ニチコン株式会社
温度ヒューズ取付装置
ニチコン株式会社
ヒータユニットの製造方法
ニチコン株式会社
ハイブリッド蓄電システム
ニチコン株式会社
スイッチング電源制御装置
ニチコン株式会社
スイッチング素子の駆動装置
ニチコン株式会社
蓄電装置および蓄電システム
ニチコン株式会社
双方向DC/DCコンバータ
ニチコン株式会社
双方向DC/DCコンバータ
ニチコン株式会社
アルミニウム箔の表面加工方法
株式会社デンソー
コンデンサ
株式会社デンソー
コンデンサ
ニチコン株式会社
ケースレスフィルムコンデンサ
北陸電力株式会社
充放電システム
ニチコン株式会社
巻回型二次電池およびその製造方法
ニチコン株式会社
タッチパネル装置および急速充電装置
ニチコン株式会社
タッチパネル装置および急速充電装置
ニチコン株式会社
電解液およびハイブリッド電解コンデンサ
ニチコン株式会社
電解コンデンサおよび電解コンデンサの製造方法
ニチコン株式会社
アルミニウム電解コンデンサ用電極箔の製造方法
ニチコン株式会社
蓄電装置および当該蓄電装置を備えた蓄電システム
ニチコン株式会社
パワーコンディショナに接続して使用される蓄電ユニット
ニチコン株式会社
コンデンサ、コンデンサの製造装置およびコンデンサの製造方法
ニチコン株式会社
リードタブと電極箔の接続方法、および巻回型蓄電素子の製造方法
ニチコン株式会社
リチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池の特性向上方法
ニチコン株式会社
全負荷対応型分電盤および全負荷対応型分電盤に対応した蓄電システム
国立大学法人三重大学
電解コンデンサの駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ
個人
表示器
個人
発電機
個人
微小機械
個人
微小機械
続きを見る