特許ウォッチ

公開番号2025033056
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023138545
出願日2023-08-29
発明の名称絶縁型フライバックコンバータ
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250306BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】パワー半導体素子のゲート駆動回路の電源を生成する絶縁型フライバックコンバータにおいて、ロードレギュレーションを改善する。
【解決手段】第1コンデンサC1の電圧をゲート駆動回路の電源とする。スイッチングコントローラ1は第2ダイオードD2から出力される帰還電圧VFBに基づいて第1スイッチング素子S1を制御する。バッファ回路7は、帰還電圧端子に接続され、第2、第3スイッチング素子S2、S3から成るコンプリメンタリ回路で構成される。バッファ回路7の出力に容量性負荷C3が接続される。制御部3は、バッファ回路7の第2、第3スイッチング素子S2、S3にオンオフ指令信号を出力して容量性負荷C3を充放電する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
パワー半導体素子のゲート駆動回路の電源を生成する絶縁型フライバックコンバータであって、
入力電圧源に１次巻線の一端が接続され、２次巻線、３次巻線を有するトランスと、
前記トランスの１次巻線の他端に接続された第１スイッチング素子と、
前記トランスの２次巻線の一端にアノードが接続された第１ダイオードと、
前記第１ダイオードのカソードと前記トランスの２次巻線の他端との間に接続された第１コンデンサと、
前記トランスの３次巻線の一端にアノードが接続され、カソードが帰還電圧端子に接続された第２ダイオードと、
前記第２ダイオードのカソードと前記トランスの３次巻線の他端との間に接続された第２コンデンサと、
前記第２ダイオードから出力される帰還電圧に基づいて前記第１スイッチング素子を制御するスイッチングコントローラと、
前記帰還電圧端子に接続され、第２、第３スイッチング素子から成るコンプリメンタリ回路で構成されたバッファ回路と、
前記バッファ回路の出力に接続された容量性負荷と、
前記バッファ回路の前記第２、第３スイッチング素子にオンオフ指令信号を出力して前記容量性負荷を充放電する制御部と、
を備え、前記第１コンデンサの電圧を前記ゲート駆動回路の電源電圧とすることを特徴とする絶縁型フライバックコンバータ。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
前記スイッチングコントローラは、
前記帰還電圧から基準電圧を減算して、その差分電圧を出力する誤差増幅器と、
三角波と前記差分電圧の比較に基づいてパルス幅を決定して前記第１スイッチング素子のゲート信号を生成するＰＷＭ発生器と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の絶縁型フライバックコンバータ。
【請求項３】
前記制御部が出力する前記第２、第３スイッチング素子の前記オンオフ指令信号の周波数は前記パワー半導体素子のオンオフ制御指令の周波数と同じ周波数とすることを特徴とする請求項１記載の絶縁型フライバックコンバータ。
【請求項４】
前記制御部が出力する前記第２、第３スイッチング素子の前記オンオフ指令信号と前記パワー半導体素子の前記オンオフ制御指令とを共通化したことを特徴とする請求項３記載の絶縁型フライバックコンバータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体素子のゲートに供給する電源を生成する絶縁型フライバックコンバータに関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
電力変換装置等に用いられるパワー半導体素子のゲートを駆動するための電源は、主に絶縁型フライバックコンバータで構成される。絶縁型フライバックコンバータについては、非特許文献２の２．２項や特許文献１に開示されている。図１に絶縁型フライバックコンバータの動作原理を示す。
【０００３】
図１では、トランスＴｒの３次巻線Ｔｒ３に誘起される電圧（以下、帰還電圧ＶＦＢと称する）を監視し、スイッチングコントローラ１内で基準電圧ＶＲＥＦと比較することによって、第１スイッチング素子Ｓ１のスイッチングＤｕｔｙを変化させ、出力電圧（ゲート駆動回路の電源電圧）ＶＣＣ２を一定に制御している。スイッチングコントローラ１内部の動作詳細は非特許文献１の６章に開示されている。
【０００４】
また、パワー半導体素子のゲート駆動回路の構成例は特許文献２に開示されている。特許文献２の第1図のＥ２が、出力電圧ＶＣＣに相当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
ＷＯ２０１７／２０４１１５号
特開平２－６３３１７号公報
【非特許文献】
【０００６】
「ＴｅｃｈＷｅｂＨａｎｄＢｏｏｋスイッチングレギュレータの基礎」、２０２１年ローム社［令和５年８月２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://pages.rohm.com/Tech_download20.html＞
「ＴｅｃｈＷｅｂＨａｎｄＢｏｏｋＡＣ／ＤＣコンバータの基礎と設計手順」、２０２１年ローム社［令和５年８月２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://pages.rohm.com/Tech_download22.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、出力電圧ＶＣＣ２の電圧制御は、出力電圧ＶＣＣ２を直接監視して行っているのでは無く、帰還電圧ＶＦＢを監視することによって間接的に出力電圧ＶＣＣ２を監視し制御している。
【０００８】
そのため、トランスＴｒの２次巻線Ｔｒ２～３次巻線Ｔｒ３間に生じる電圧降下の影響を受けて、負荷抵抗Ｒ１（「オンオフ制御指令を受信してパワー半導体素子をオンオフさせるゲート電圧を生成するゲート駆動回路」に相当）の消費電流の増減によって、出力電圧ＶＣＣ２の電圧が上下してしまう問題点がある。なお、前記「オンオフ制御指令」は、特許文献２の第１図のフォトカプラＰＣの入力信号に相当する。
【０００９】
具体的に説明すると、図２に示すように、負荷抵抗Ｒ１の消費電流が増加すると出力電圧ＶＣＣ２の電圧が低下し、負荷抵抗Ｒ１の消費電流が減少すると出力電圧ＶＣＣ２の電圧が上昇する反比例の関係にある。このような、負荷電流の変動に対する出力電圧ＶＣＣ２の変動量をロードレギュレーションという。
【００１０】
この出力電圧ＶＶＣ２の変動は、パワー半導体素子のスイッチング速度やスイッチング損失に影響をもたらす。電力変換装置（例えば、インバータ）を安定運転するためには、出力電圧ＶＣＣ２の変動は小さい方が望ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許