JP3528816B2 - Switching power supply circuit - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器に電
源として備えられるスイッチング電源回路に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply circuit provided as a power supply in various electronic devices.
【0002】[0002]
【従来の技術】スイッチング電源回路として、例えばフ
ライバックコンバータやフォワードコンバータなどの形
式のスイッチングコンバータを採用したものが広く知ら
れている。これらのスイッチングコンバータはスイッチ
ング動作波形が矩形波状であることから、スイッチング
ノイズの抑制には限界がある。また、その動作特性上、
電力変換効率の向上にも限界があることがわかってい
る。そこで、先に本出願人により、各種共振形コンバー
タによるスイッチング電源回路が各種提案されている。
共振形コンバータは容易に高電力変換効率が得られると
共に、スイッチング動作波形が正弦波状となることで低
ノイズが実現される。また、比較的少数の部品点数によ
り構成することができるというメリットも有している。2. Description of the Related Art As a switching power supply circuit, a switching power supply circuit that employs a switching converter such as a flyback converter or a forward converter is widely known. Since the switching operation waveforms of these switching converters are rectangular waves, there is a limit in suppressing switching noise. Also, due to its operating characteristics,
It is known that there is a limit to the improvement of power conversion efficiency. Therefore, the applicant has previously proposed various switching power supply circuits using various resonant converters.
The resonant converter can easily obtain high power conversion efficiency, and the switching operation waveform has a sinusoidal waveform to realize low noise. It also has the advantage that it can be configured with a relatively small number of parts.
【0003】図15の回路図は、先に本出願人が提案し
た発明に基づいて構成することのできる、先行技術とし
てのスイッチング電源回路の一例を示している。この図
に示す電源回路の基本構成としては、一次側スイッチン
グコンバータとして電圧共振形コンバータを備えてい
る。The circuit diagram of FIG. 15 shows an example of a switching power supply circuit as a prior art, which can be constructed based on the invention previously proposed by the present applicant. As a basic configuration of the power supply circuit shown in this figure, a voltage resonance type converter is provided as a primary side switching converter.
【0004】この図に示す電源回路では、ブリッジ整流
回路Di及び平滑コンデンサCiによって、商用交流電
源(交流入力電圧VAC)から交流入力電圧VACの1倍の
レベルに対応する整流平滑電圧Eiを生成する。In the power supply circuit shown in this figure, a bridge rectifier circuit Di and a smoothing capacitor Ci generate a rectified and smoothed voltage Ei corresponding to a level of one time the AC input voltage VAC from a commercial AC power supply (AC input voltage VAC). .
【0005】上記整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を
入力して断続する電圧共振形コンバータとしては、1石
によるシングルエンド方式が採用される。また駆動方式
としては自励式の構成を採っている。この場合、電圧共
振形コンバータを形成するスイッチング素子Q1には、
高耐圧のバイポーラトランジスタ(BJT;接合型トラ
ンジスタ)が選定される。このスイッチング素子Q1の
コレクタ−エミッタ間に対しては、一次側並列共振コン
デンサCrが並列に接続される。また、ベース−エミッ
タ間に対しては、クランプダイオードDD−抵抗RDの直
列回路が接続される。ここで、並列共振コンデンサCr
は、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1に得
られるリーケージインダクタンスL1と共に、一次側並
列共振回路を形成しており、これによって電圧共振形コ
ンバータとしての動作が得られるようになっている。そ
して、スイッチング素子Q1のベースに対しては、駆動
巻線NB−共振コンデンサCB−ベース電流制限抵抗RB
から成る自励発振駆動回路が接続される。スイッチング
素子Q1には、この自励発振駆動回路にて発生される発
振信号を基とするベース電流が供給されることでスイッ
チング駆動される。なお、起動時においては整流平滑電
圧Eiのラインから起動抵抗RSを介してベースに流れ
る起動電流によって起動される。As the voltage resonance type converter which receives and connects the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage), a single-ended system using one stone is adopted. The drive system is a self-excited type. In this case, the switching element Q1 forming the voltage resonance type converter is
A high voltage bipolar transistor (BJT; junction type transistor) is selected. A primary side parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel between the collector and the emitter of the switching element Q1. A series circuit of a clamp diode DD and a resistor RD is connected between the base and the emitter. Here, the parallel resonance capacitor Cr
Forms a primary side parallel resonance circuit together with a leakage inductance L1 obtained in the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT, whereby an operation as a voltage resonance type converter can be obtained. Then, with respect to the base of the switching element Q1, the drive winding NB-resonance capacitor CB-base current limiting resistor RB
Is connected to the self-excited oscillation drive circuit. The switching element Q1 is switching-driven by being supplied with a base current based on an oscillation signal generated by the self-excited oscillation drive circuit. It is to be noted that, at the time of starting, it is started by the starting current flowing from the line of the rectified and smoothed voltage Ei to the base via the starting resistor RS.
【0006】直交型制御トランスPRTは、上記駆動巻
線NBと電流検出巻線NDの巻装方向に対してその巻装方
向が直交するようにして制御巻線Ncが巻装されて構成
され、後述するようにして一次側電圧共振形コンバータ
のスイッチング周波数を制御するために設けられる。こ
の直交形制御トランスPRTの構造については後述す
る。The orthogonal control transformer PRT is constructed by winding a control winding Nc such that the winding directions of the drive winding NB and the current detection winding ND are orthogonal to each other. It is provided to control the switching frequency of the primary side voltage resonance type converter as described later. The structure of the orthogonal control transformer PRT will be described later.
【0007】絶縁コンバータトランスPITは、一次側
に得られるスイッチングコンバータのスイッチング出力
を二次側に伝送するために設けられる。この絶縁コンバ
ータトランスPITは、EE型コアに対して一次巻線N
1と二次巻線N2を分割して巻装し、中央磁脚に対しては
ギャップを形成することで、所要の結合係数による疎結
合の状態が得られるようにして、飽和状態が得られにく
いようにしている。The insulating converter transformer PIT is provided for transmitting the switching output of the switching converter obtained on the primary side to the secondary side. This isolation converter transformer PIT has a primary winding N with respect to the EE type core.
1 and the secondary winding N2 are divided and wound, and a gap is formed for the central magnetic leg so that a loose coupling state with a required coupling coefficient can be obtained and a saturation state can be obtained. I try to make it difficult.
【0008】この絶縁コンバータトランスPITの一次
巻線N1は、直流入力電圧(整流平滑電圧Ei)のライ
ンとスイッチング素子Q1のコレクタとの間に接続され
ている。スイッチング素子Q1は、直流入力電圧につい
てスイッチングを行うのであるが、これによって、一次
巻線N1には、スイッチング素子Q1のスイッチング出力
が供給されることとなり、スイッチング周波数に対応す
る周期の交番電圧が発生する。The primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected between the line of the DC input voltage (rectified and smoothed voltage Ei) and the collector of the switching element Q1. The switching element Q1 performs switching with respect to the DC input voltage, whereby the switching output of the switching element Q1 is supplied to the primary winding N1, and an alternating voltage having a cycle corresponding to the switching frequency is generated. To do.
【0009】絶縁コンバータトランスPITの二次側で
は、一次巻線N1により誘起された交番電圧が二次巻線
N2に発生する。この場合、二次巻線N2に対しては、二
次側並列共振コンデンサC2が並列に接続されること
で、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2と二次
側並列共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって
並列共振回路が形成される。この並列共振回路により、
二次巻線N2に誘起される交番電圧は共振電圧となる。
つまり二次側において電圧共振動作が得られる。On the secondary side of the insulating converter transformer PIT, an alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2. In this case, the secondary side parallel resonant capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2, so that the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 and the capacitance of the secondary side parallel resonant capacitor C2 are used. A parallel resonant circuit is formed. With this parallel resonant circuit,
The alternating voltage induced in the secondary winding N2 becomes a resonance voltage.
That is, the voltage resonance operation is obtained on the secondary side.
【0010】即ち、この電源回路では、一次側にはスイ
ッチング動作を電圧共振形とするための並列共振回路が
備えられ、二次側には電圧共振動作を得るための並列共
振回路が備えられる。なお、本明細書では、このように
一次側及び二次側に対して共振回路が備えられて動作す
る構成のスイッチングコンバータについては、「複合共
振形スイッチングコンバータ」ともいうことにする。That is, in this power supply circuit, the parallel resonance circuit for making the switching operation a voltage resonance type is provided on the primary side, and the parallel resonance circuit for obtaining the voltage resonance operation is provided on the secondary side. In the present specification, the switching converter configured such that the resonance circuits are provided for the primary side and the secondary side as described above is also referred to as a “composite resonance type switching converter”.
【0011】この場合の絶縁コンバータトランスPIT
の二次側においては、先ず、二次巻線N2の巻終わり端
部に対して整流ダイオードDO1のアノードを接続し、カ
ソードを平滑コンデンサCO1の正極端子と接続すること
で、半波整流回路を形成している。この半波整流回路に
よっては、平滑コンデンサCO1の両端には、二次側直流
出力電圧EO1が得られることになる。また、この場合に
は、二次巻線N2に対してタップを設け、このタップ出
力に対して、図示するようにして整流ダイオードDO2及
び平滑コンデンサCO2から成る半波整流回路を形成して
いる。そして、この半波整流回路によっては、上記二次
側直流出力電圧EO1よりも低圧な二次側直流出力電圧E
O2が得られる。なお、具体的には、二次側直流出力電圧
EO1=135V、二次側直流出力電圧EO2=15Vとな
る。Insulation converter transformer PIT in this case
On the secondary side, first, the half-wave rectification circuit is formed by connecting the anode of the rectifying diode DO1 to the end of the secondary winding N2 and connecting the cathode to the positive terminal of the smoothing capacitor CO1. Is forming. Depending on this half-wave rectifier circuit, the secondary side DC output voltage EO1 is obtained across the smoothing capacitor CO1. Further, in this case, a tap is provided on the secondary winding N2, and a half-wave rectifying circuit including a rectifying diode D02 and a smoothing capacitor C02 is formed for the tap output as shown in the figure. Then, depending on this half-wave rectification circuit, the secondary side DC output voltage E lower than the secondary side DC output voltage EO1 is obtained.
O2 is obtained. In addition, specifically, the secondary side DC output voltage EO1 = 135V and the secondary side DC output voltage EO2 = 15V.
【0012】これら二次側直流出力電圧EO1,EO2は、
それぞれ所要の負荷回路に対して供給されることにな
る。また、二次側直流出力電圧EO1は制御回路1の検出
用電圧として分岐出力される。These secondary side DC output voltages EO1 and EO2 are
It will be supplied to each required load circuit. The secondary side DC output voltage EO1 is branched and output as a detection voltage of the control circuit 1.
【0013】制御回路1は、直流出力電圧EO1と二次側
アース間に抵抗R3−R4が直列に接続され、この接続点
(分圧点)に対してシャントレギュレータQ3のコント
ロール端子が接続される。シャントレギュレータQ3の
アノードはアースに接地され、カソードは直交型制御ト
ランスPRTの制御巻線NCを介して、二次側直流出力
電圧EO2のラインに対して接続される。また、ここでは
シャントレギュレータQ3のカソードは、コンデンサC1
1を介して抵抗R3、R4の接続点と接続されている。ま
た、抵抗R4に対しては、コンデンサC3と抵抗R5の直
列接続回路が並列に接続される。In the control circuit 1, resistors R3-R4 are connected in series between the DC output voltage EO1 and the secondary side ground, and the control terminal of the shunt regulator Q3 is connected to this connection point (division point). . The anode of the shunt regulator Q3 is grounded, and the cathode is connected to the line of the secondary side DC output voltage EO2 via the control winding NC of the orthogonal control transformer PRT. Further, here, the cathode of the shunt regulator Q3 is connected to the capacitor C1.
It is connected via 1 to the connection point of resistors R3 and R4. Further, a series connection circuit of a capacitor C3 and a resistor R5 is connected in parallel with the resistor R4.
【0014】上記のような接続形態により形成される制
御回路1は、直流出力電圧EO1を検出入力とする誤差増
幅器として機能する。即ち、直流出力電圧EO1を抵抗R
3、R4により分圧した電圧がコントロール電圧としてシ
ャントレギュレータQ3のコントロール端子に対して入
力される。従ってシャントレギュレータQ3では、直流
出力電圧EO1に応じたレベルの電流を、制御電流Icと
して制御巻線NCに対して流すようにされる。つまり、
制御巻線NCに流れる制御電流レベルが可変制御される
ものである。制御巻線Ncに流れる制御電流レベルが可
変されることで、直交型制御トランスPRTにおいて
は、駆動巻線NBのインダクタンスLBを可変するように
制御することになる。これによって、自励発振駆動回路
における駆動巻線NB−共振コンデンサCBから成る共振
回路の共振周波数が変化し、スイッチング素子Q1のス
イッチング周波数が可変制御されることになる。このよ
うにしてスイッチング素子Q1のスイッチング周波数が
可変されることで、二次側直流出力電圧が一定となるよ
うに制御される。つまり、電源の安定化が図られる。こ
こで、スイッチング周波数を可変するのにあたってはメ
インスイッチング素子Q1がオフとなる期間は一定とさ
れたうえで、オンとなる期間を可変制御するように動作
している。つまり、オン期間についての導通角制御を行
うと共にスイッチング周波数制御を実行している。な
お、本明細書では、このような複合的な制御を「複合制
御方式」ということとしている。The control circuit 1 formed by the above-mentioned connection form functions as an error amplifier having the DC output voltage EO1 as a detection input. That is, the DC output voltage EO1 is applied to the resistor R
The voltage divided by 3 and R4 is input to the control terminal of the shunt regulator Q3 as a control voltage. Therefore, in the shunt regulator Q3, a current having a level corresponding to the DC output voltage E01 is caused to flow as the control current Ic to the control winding NC. That is,
The control current level flowing through the control winding NC is variably controlled. By varying the level of the control current flowing through the control winding Nc, the quadrature control transformer PRT is controlled to vary the inductance LB of the drive winding NB. As a result, the resonance frequency of the resonance circuit composed of the drive winding NB and the resonance capacitor CB in the self-excited oscillation drive circuit changes, and the switching frequency of the switching element Q1 is variably controlled. By varying the switching frequency of the switching element Q1 in this manner, the secondary side DC output voltage is controlled to be constant. That is, the power supply is stabilized. Here, in changing the switching frequency, the period during which the main switching element Q1 is off is kept constant, and then the period during which it is on is variably controlled. That is, the conduction angle control for the ON period is performed and the switching frequency control is performed. In this specification, such composite control is referred to as a "composite control method".
【0015】図16は、上記図15に示す構成の電源回
路の要部の動作として、重負荷時における各部の動作波
形を示している。ここでは主として一次側の動作が示さ
れている。自励発振駆動回路としての直列共振回路(N
B,CB)では、駆動巻線NBに得られた交番電圧により
共振動作を行うことで、図16(e)に示すように、正
弦波状の直列共振電流I2が得られる。そして、この直
列共振電流I2がベース電流制限抵抗RBを介すること
で、スイッチング素子Q1のベースには図16(d)に
示すように、ベース電流(駆動電流)IBが流れる。こ
の駆動電流IBによって、スイッチング素子Q1は、スイ
ッチング動作を行う。FIG. 16 shows operation waveforms of each part under heavy load as the operation of the main part of the power supply circuit having the configuration shown in FIG. Here, the operation on the primary side is mainly shown. Series resonance circuit (N
In B and CB), a resonance operation is performed by the alternating voltage obtained in the drive winding NB, so that a sinusoidal series resonance current I2 is obtained as shown in FIG. 16 (e). Then, as the series resonance current I2 passes through the base current limiting resistor RB, a base current (driving current) IB flows through the base of the switching element Q1 as shown in FIG. 16 (d). The drive current IB causes the switching element Q1 to perform a switching operation.
【0016】この際、スイッチング素子Q1のコレクタ
に流れるコレクタ電流IQ1は、図16(b)に示す波形
が得られる。また、[スイッチング素子Q1//並列共振コ
ンデンサCr]の並列接続回路の両端には、図16
(a)に示すようにして、この並列共振回路の作用によ
って並列共振電圧V1が発生する。この並列共振電圧V1
は、図のように、スイッチング素子Q1がオンとなる期
間TONは0レベルで、オフとなる期間TOFFにおいて正
弦波状のパルスとなる波形が得られ、電圧共振形として
の動作に対応している。At this time, the collector current IQ1 flowing through the collector of the switching element Q1 has the waveform shown in FIG. 16 (b). In addition, at both ends of the parallel connection circuit of the [switching element Q1 // parallel resonance capacitor Cr],
As shown in (a), the parallel resonance voltage V1 is generated by the action of this parallel resonance circuit. This parallel resonance voltage V1
As shown in the figure, the period TON in which the switching element Q1 is on is at 0 level, and a sinusoidal pulse waveform is obtained in the period TOFF in which it is off, which corresponds to the operation as the voltage resonance type.
【0017】また、上記したタイミングによってスイッ
チング素子Q1がスイッチング動作を行うことで、一次
巻線N1に流れる巻線電流I1は、図16(c)に示すよ
うにしてスイッチング周期に応じた交番波形となる。Further, as the switching element Q1 performs the switching operation at the above timing, the winding current I1 flowing through the primary winding N1 has an alternating waveform corresponding to the switching cycle as shown in FIG. 16 (c). Become.
【0018】ここで、スイッチング素子Q1がオンとな
る期間TONにおいて、図16(e)の直列共振電流I2
が正極性の領域は、図16(d)の駆動電流IBの順方
向バイアス電流の領域に対応する。また、同じ期間TON
において、直列共振電流I2が負極性の領域は、駆動電
流IBの逆方向バイアス電流となる。そして、この期間
TONにおける駆動電流IBの逆方向バイアス電流の領域
がスイッチング素子Q1の蓄積時間(tstg)となる。Here, in the period TON during which the switching element Q1 is turned on, the series resonance current I2 of FIG.
The region of positive polarity corresponds to the region of forward bias current of the drive current IB in FIG. Also, the same period TON
In the region where the series resonance current I2 is negative, the reverse bias current of the drive current IB is obtained. Then, the region of the reverse bias current of the drive current IB in this period TON becomes the accumulation time (tstg) of the switching element Q1.
【0019】スイッチング素子Q1のベース−エミッタ
間には、逆回復時間が長い低速のダンパーダイオードD
Dと抵抗RDの直列回路が接続されている。スイッチング
素子Q1がオフとなる期間TOFFでは、負となる直列共振
電流I2が、抵抗RD→クランプダイオードDD→ベース
電流制限抵抗RB→共振コンデンサCB→駆動巻線NBを
介して流れるが、これが図16(g)のダンパー電流I
D1として期間TOFFに得られる波形となる。そして次
に、期間TONが開始されると、並列共振コンデンサCr
の充放電エネルギーが、クランプダイオードDD→スイ
ッチング素子Q1のベース→コレクタを介して流れ、こ
れが、期間TON開始時(ターンオン時)における負極性
のダンパー電流(ID)となる。そして、この期間が終
了すると、ダンパーダイオードDDは逆回復時間の領域
となって正極性の方向に急峻に立ち上がり、以降は、図
示するようにして、期間TON終了時にかけて徐々に0レ
ベルとなっていく波形が得られる。A low speed damper diode D having a long reverse recovery time is provided between the base and emitter of the switching element Q1.
A series circuit of D and a resistor RD is connected. In the period TOFF during which the switching element Q1 is off, the negative series resonance current I2 flows through the resistor RD → the clamp diode DD → the base current limiting resistor RB → the resonance capacitor CB → the drive winding NB, which is shown in FIG. (G) Damper current I
The waveform is obtained in the period TOFF as D1. Then, when the period TON is started next, the parallel resonance capacitor Cr
Charging / discharging energy flows through the clamp diode DD → the base of the switching element Q1 → the collector, and this becomes a negative damper current (ID) at the start (turn-on) of the period TON. Then, when this period ends, the damper diode DD becomes the region of the reverse recovery time and steeply rises in the positive polarity direction, and thereafter, as shown in the figure, gradually becomes 0 level at the end of the period TON. You can get a good waveform.
【0020】上記のようにして駆動電流IB及びダンパ
ー電流ID1が流れることに対応して、スイッチング素子
Q1のベース−エミッタ間電圧VBEは、図16(f)に
示すように、期間TOFFにおいては負極性による正弦波
状で、期間TONにおいては、その開始時のダンパー期間
では急峻に負極性にピークを持ち、これが終了すると正
極性の一定レベルで0レベルに対してオフセットが与え
られる波形となるものである。このオフセットレベル
は、例えば抵抗RDの抵抗値により決定される。Corresponding to the flow of the drive current IB and the damper current ID1 as described above, the base-emitter voltage VBE of the switching element Q1 becomes negative during the period TOFF as shown in FIG. 16 (f). In the period TON, the waveform has a sharp negative peak in the negative polarity in the damper period at the start of the period, and when this is finished, an offset is given to the 0 level at a constant level of positive polarity. is there. This offset level is determined by the resistance value of the resistor RD, for example.
【0021】また、上記のようにして動作する図15の
電源回路の定電圧制御特性を図17に示す。二次側直流
出力電圧EO1の負荷電流Ioが0〜1.5Aの範囲で変
化するのに応じて、制御電流Icは、図のようにして変
化する。つまり、負荷電流が増加して重負荷の条件とな
り、二次側直流出力電圧EO1が低下していくのに従って
制御電流レベルを減少させるようにして制御が行われ
る。この結果、スイッチング周波数fsとしては、重負
荷の条件となるのに従って低下していくようにして制御
が行われる。また、交流入力電圧VACの変動に対応する
ものとして、交流入力電圧VAC=120VとVAC=90
Vの場合が示されているが、制御電流Icは、交流入力
電圧VAC=120V時の条件のほうが交流入力電圧VAC
=90V時の条件よりも増加しており、スイッチング周
波数fsについては、交流入力電圧VAC=120V時の
条件のほうが交流入力電圧VAC=90V時の条件よりも
高くなっている。これは、交流入力電圧VACのレベルが
高くなって二次側直流出力電圧EO1が上昇したとされる
場合には制御電流Icは増加されるようにして制御さ
れ、これに応じてスイッチング周波数fsも上昇される
ようにして制御されることを示している。FIG. 17 shows the constant voltage control characteristic of the power supply circuit of FIG. 15 which operates as described above. As the load current Io of the secondary side DC output voltage EO1 changes in the range of 0 to 1.5 A, the control current Ic changes as shown in the figure. In other words, the control is performed such that the control current level is decreased as the load current increases and becomes a heavy load condition, and the secondary side DC output voltage EO1 decreases. As a result, the switching frequency fs is controlled so as to decrease as the heavy load condition is met. In addition, as a measure to deal with the fluctuation of the AC input voltage VAC, the AC input voltage VAC = 120V and VAC = 90
Although the case of V is shown, the control current Ic is the AC input voltage VAC under the condition when the AC input voltage VAC = 120V.
= 90V, the switching frequency fs is higher under the condition of AC input voltage VAC = 120V than under the condition of AC input voltage VAC = 90V. This is controlled so that the control current Ic is increased when the level of the AC input voltage VAC is increased and the secondary side DC output voltage EO1 is increased, and accordingly the switching frequency fs is also increased. It is shown that it is controlled so as to be raised.
【0022】[0022]
【発明が解決しようとする課題】ところで上記構成にお
いて直交形制御トランスPRTは、共振電流検出巻線N
D、駆動巻線NB、及び制御巻線NCが巻装された可飽和
リアクトルである。図19に直交形制御トランスPRT
の構造を示す。図19(a)はその全体構造を説明する
ための外観斜視図、図19(b)は巻装される巻線の巻
線方向を説明するための断面斜視図である。図19
(a)に示すように、直交形制御トランスPRTは、フ
ェライトによる2つのダブルコの字形コア21,22を
組み合わせた立体形コア20によって形成されている。
一方のダブルコの字形コア21は、図19(a)(b)
に示されているように4本の磁脚21a,21b,21
c,21dを有して構成される。また、他方のダブルコ
の字形コア22も、例えば図19(a)(b)に示され
ているように4本の磁脚22a,22b,22c,22
dを有して構成される。そして、これら2つのダブルコ
の字形コア21,22の互いの磁脚21a〜21d,2
2a〜22dの端部を接合することで立体形コア20が
形成されている。By the way, in the above configuration, the orthogonal control transformer PRT has the resonance current detection winding N
It is a saturable reactor in which D, a drive winding NB, and a control winding NC are wound. FIG. 19 shows the orthogonal control transformer PRT.
Shows the structure of. FIG. 19 (a) is an external perspective view for explaining the overall structure, and FIG. 19 (b) is a sectional perspective view for explaining the winding direction of the winding to be wound. FIG. 19
As shown in (a), the orthogonal control transformer PRT is formed by a three-dimensional core 20 in which two double U-shaped cores 21 and 22 made of ferrite are combined.
One of the double U-shaped cores 21 is shown in FIGS.
4 magnetic legs 21a, 21b, 21
c, 21d. The other double U-shaped core 22 also has four magnetic legs 22a, 22b, 22c, 22 as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b), for example.
It is configured with d. The magnetic legs 21a to 21d, 2 of the two double U-shaped cores 21, 22 are
The three-dimensional core 20 is formed by joining the ends of 2a to 22d.
【0023】磁脚21a〜21dのそれぞれと磁脚22
a〜22dのそれぞれの接合部分については、上段の2
組或いは下段の2組において10μmのマイラーフィル
ムを挿入し、ギャップG=10μmとしている。そして
図18に示すように、駆動巻線NBのインダクタンスLB
の直流重畳特性は、制御電流Ic=10mA〜60mA
に対して、インダクタンスLB=8μH〜2.5μHに
変化する。Each of the magnetic legs 21a to 21d and the magnetic leg 22
For each of the joints a to 22d, see the upper 2
A mylar film of 10 μm is inserted in the set or the two sets in the lower stage so that the gap G = 10 μm. Then, as shown in FIG. 18, the inductance LB of the drive winding NB
The direct current superposition characteristics of the control current Ic = 10 mA to 60 mA
However, the inductance LB changes from 8 μH to 2.5 μH.
【0024】そして、図19(b)にも示されているよ
うに、例えばダブルコの字形コア22の2本の磁脚22
c,22dには制御巻線NCが巻回され、ダブルコの字
形コア21の磁脚21c,21bには検出巻線ND及び
駆動巻線NBが巻回されている。つまり、この直交形制
御トランスPRTは、検出巻線ND及び駆動巻線NBに対
して制御巻線NC が直交する方向に巻回された可飽和リ
アクトルとして構成される。この直交形制御トランスP
RTの制御巻線NCとしては、例えば60μmφのポリ
ウレタン被覆銅線により1000T(ターン)巻回さ
れ、検出巻線NDは0.3mmφのポリウレタン被覆銅
線により1T、駆動巻線NBは0.3mmφのポリウレ
タン被覆銅線により3T巻回される。Then, as shown in FIG. 19B, for example, two magnetic legs 22 of a double U-shaped core 22 are provided.
A control winding NC is wound around c and 22d, and a detection winding ND and a drive winding NB are wound around magnetic legs 21c and 21b of the double U-shaped core 21. That is, the orthogonal control transformer PRT is configured as a saturable reactor in which the control winding NC is wound in the direction orthogonal to the detection winding ND and the drive winding NB. This orthogonal control transformer P
As the control winding NC of the RT, for example, 1000 T (turn) is wound with a polyurethane-coated copper wire of 60 μmφ, the detection winding ND is 1 T with a polyurethane-coated copper wire of 0.3 mmφ, and the drive winding NB is 0.3 mmφ. It is wound 3T by a polyurethane-coated copper wire.
【0025】このような直交形制御トランスPRTで
は、制御巻線に流す制御電流量を少なくするために、ギ
ャップGが上記のように10μmという程度に僅小なも
のとしている。このため製造時においてはそのギャップ
厚の精度誤差が生じざるを得なくなるが、これは、直交
型制御トランスPRTに巻装される駆動巻線NBのイン
ダクタンス値についてばらつきを生じさせる。またフェ
ライトコアの透磁率、磁脚の接合時のずれ等のばらつき
も、駆動巻線NBのインダクタンス値についてばらつき
を生じさせる。これらのことからインダクタンスLBの
許容値は、インダクタンス値が±10%変動するものと
しなければならない。このためスイッチング素子Q1の
増幅率hFEや蓄積時間tstgのばらつきが生ずるが、こ
のばらつきに対して複合共振形コンバータの定電圧保証
範囲を、例えば商用交流電源が100V系である場合に
交流入力電圧VAC=100V±10%とするためには、
直交形制御トランスPRTのインダクタンス可変範囲は
十分なマージンをもって設計しなければならない。つま
り実用化の場合のマージン設計が困難なものとなる。In such an orthogonal control transformer PRT, the gap G is as small as about 10 μm as described above in order to reduce the amount of control current flowing through the control winding. For this reason, an accuracy error of the gap thickness inevitably occurs at the time of manufacture, but this causes variations in the inductance value of the drive winding NB wound around the orthogonal control transformer PRT. Further, variations in the magnetic permeability of the ferrite core, deviations when the magnetic legs are joined, and the like also cause variations in the inductance value of the drive winding NB. For these reasons, the allowable value of the inductance LB must be such that the inductance value changes by ± 10%. For this reason, variations in the amplification factor hFE of the switching element Q1 and the accumulation time tstg occur, but the constant voltage guarantee range of the composite resonant converter is set against this variation, for example, when the commercial AC power supply is a 100V system, the AC input voltage VAC. = 100V ± 10%,
The variable inductance range of the orthogonal control transformer PRT must be designed with a sufficient margin. In other words, it becomes difficult to design the margin for practical use.
【0026】また直交形制御トランスPRTの巻線仕様
は上記のとおりであり、さらに制御巻線NCと、検出巻
線ND及び駆動巻線NBとを互いに直交する方向に巻回す
ることは、製造上、巻線工程が非常に複雑となる。さら
にダブルコの字形コア21、22のそれぞれ4本の磁脚
をマイラフィルムを介してずれなく接合することも組立
工程を難しくしている。即ち直交形制御トランスPRT
は製造の難易度が高く、コストダウンも困難である。Further, the winding specifications of the orthogonal control transformer PRT are as described above, and it is not necessary to wind the control winding NC, the detection winding ND and the drive winding NB in directions orthogonal to each other. Moreover, the winding process becomes very complicated. Further, joining the four magnetic legs of each of the double U-shaped cores 21 and 22 through the Mylar film without displacement also complicates the assembly process. That is, the orthogonal control transformer PRT
Is difficult to manufacture and cost reduction is difficult.
【0027】また直交形制御トランスPRTの制御巻線
NCに流れる直流制御電流Icは、絶縁コンバータトラ
ンスPITの2次側の直流出力電圧E02ライン(15V
ライン)から供給され、その供給電力は0.9W〜0.
15Wの範囲で変動するが、この供給電力は無効電力で
あり、軽負荷時の電力損失が増加する。The DC control current Ic flowing through the control winding NC of the orthogonal control transformer PRT is the DC output voltage E02 line (15V) on the secondary side of the insulating converter transformer PIT.
Line), and the supplied power is 0.9 W to 0.
Although it fluctuates within the range of 15 W, this supplied power is reactive power, and power loss during light load increases.
【0028】[0028]
【課題を解決するための手段】そこで本発明は上記した
課題を考慮して、スイッチング電源回路として次のよう
に構成する。つまり、直流入力電圧を入力してスイッチ
ングを行うスイッチング素子を備えるスイッチング手段
を備える。また、一次巻線と二次巻線とを備え、一次巻
線に得られる上記スイッチング手段の出力を二次巻線に
対して伝送する絶縁コンバータトランスと、少なくと
も、絶縁コンバータトランスの一次巻線と一次側並列共
振コンデンサとにより形成され、スイッチング手段の動
作を電圧共振形とするように設けられる一次側並列共振
回路とを備える。また、絶縁コンバータトランスの一次
巻線又は上記絶縁コンバータトランスの二次巻線と直列
に接続される一次巻線としての検出巻線と、二次巻線と
される駆動巻線と、三次巻線とが巻装されるドライブト
ランスを備える。また、絶縁コンバータトランスの二次
巻線に対して接続される二次側共振コンデンサを備えて
形成される二次側共振回路を備える。また、駆動巻線と
共振用コンデンサにより形成される直列共振回路を有し
て、この直列共振回路の出力に基づいてスイッチング素
子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段を備え
る。また、三次巻線に対して並列に接続され、インダク
タと導通制御素子を直列に接続して形成される直列回路
を備える。また、二次側共振回路に得られる交番電圧を
入力して整流動作を行うことで直流出力電圧を得るよう
に構成される直流出力電圧生成手段と、直流出力電圧の
レベルに応じて、上記導通制御素子の電流導通量を可変
することにより、直流出力電圧についての定電圧制御を
行うようにされる定電圧制御手段とを備えることとし
た。 In view of the above problems, the present invention is configured as a switching power supply circuit as follows. In other words, input the DC input voltage and switch
Switching means including a switching element for performing switching
Equipped with. Further, the primary winding and the secondary winding are provided, and the primary winding
The output of the switching means obtained on the wire to the secondary winding
Insulation converter transformer that transmits to
Also the primary winding of the isolated converter transformer and the primary side parallel
Formed by a vibration capacitor,
Primary side parallel resonance provided so that the operation is a voltage resonance type
And a circuit. Also, the primary of the isolated converter transformer
Winding or series with secondary winding of the above isolated converter transformer
Detection winding as a primary winding connected to the
Drive winding in which the drive winding and the tertiary winding are wound
Have a lance. Also, the secondary of the isolated converter transformer
With a secondary resonant capacitor connected to the winding
The secondary side resonance circuit formed is provided. Also with the drive winding
Has a series resonant circuit formed by a resonant capacitor
The switching element based on the output of this series resonant circuit.
Equipped with switching drive means for switching drive the child
It It is also connected in parallel to the tertiary winding,
Series circuit formed by connecting a controller and a conduction control element in series
Equipped with. In addition, the alternating voltage obtained in the secondary side resonance circuit is
Obtain DC output voltage by inputting and rectifying operation
DC output voltage generating means configured in
The current conduction amount of the conduction control element can be changed according to the level.
Constant voltage control for DC output voltage
And a constant voltage control means to be performed.
It was
【0029】[0029]
【0030】上記構成による電源回路は、一次側に対し
て自励式の電圧共振形コンバータを備える複合共振形ス
イッチングコンバータとしての基本構成が採られる。そ
のうえで、自励発振駆動回路の駆動巻線と三次巻線をド
ライブトランスにより磁気結合し、この三次巻線と[イ
ンダクタ-導通制御素子]の直列回路とが並列になるよう
に接続される。そして、二次側直流出力電圧のレベル変
動に応じて上記直列回路の電流導通量を可変すること
で、自励発振駆動回路の発振出力に変化を与え、これに
よって、スイッチング素子の導通角及びスイッチング周
波数を同時に可変制御する複合制御方式による定電圧制
御を実現する。これにより、本発明では、スイッチング
周波数を制御するのにあたり、例えば直交型制御トラン
スを省略することが可能になる。The power supply circuit having the above-mentioned structure has a basic structure as a composite resonance type switching converter having a self-exciting voltage resonance type converter on the primary side. After that, the drive winding and the tertiary winding of the self-excited oscillation drive circuit are magnetically coupled by a drive transformer, and the tertiary winding and the [inductor-conduction control element] series circuit are connected in parallel. Then, by varying the current conduction amount of the series circuit according to the level fluctuation of the secondary side DC output voltage, the oscillation output of the self-excited oscillation drive circuit is changed, whereby the conduction angle and the switching of the switching element are changed. The constant voltage control is realized by the composite control system that controls the frequency at the same time. As a result, in the present invention, when controlling the switching frequency, for example, the orthogonal control transformer can be omitted.
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施の形
態としての電源回路の構成を示している。この図1に示
す電源回路は、一次側に電圧共振形コンバータを備える
と共に二次側には並列共振回路を備えた複合共振形スイ
ッチングコンバータとしての構成を採る。この図に示す
電源回路においては、先ず、商用交流電源(交流入力電
圧VAC)を入力して直流入力電圧を得るための整流平滑
回路として、ブリッジ整流回路Di及び平滑コンデンサ
Ciからなる全波整流回路が備えられ、交流入力電圧V
ACの1倍のレベルに対応する整流平滑電圧Eiを生成す
るようにされる。FIG. 1 shows the configuration of a power supply circuit as a first embodiment of the present invention. The power supply circuit shown in FIG. 1 has a configuration as a composite resonance type switching converter having a voltage resonance type converter on the primary side and a parallel resonance circuit on the secondary side. In the power supply circuit shown in this figure, first, as a rectifying / smoothing circuit for inputting a commercial AC power supply (AC input voltage VAC) to obtain a DC input voltage, a full-wave rectifying circuit including a bridge rectifying circuit Di and a smoothing capacitor Ci. And an AC input voltage V
The rectified smoothed voltage Ei corresponding to a level of AC is generated.
【0032】上記整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を
入力して断続するスイッチングコンバータとしては、1
石のスイッチング素子Q1を備えて、いわゆるシングル
エンド方式によるスイッチング動作を行う電圧共振形コ
ンバータが備えられる。ここでの電圧共振形コンバータ
は自励式の構成を採っており、スイッチング素子Q1と
しては、高耐圧のバイポーラトランジスタ(BJT;接
合型トランジスタ)が使用される。スイッチング素子Q
1のコレクタは、絶縁コンバータトランスPITの一次
巻線N1を介して平滑コンデンサCiの正極と接続さ
れ、エミッタは一次側アースに接続される。As a switching converter which receives the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) and is intermittently connected,
A voltage resonance type converter including a stone switching element Q1 and performing a switching operation by a so-called single-ended system is provided. The voltage resonance type converter here has a self-excited configuration, and a high breakdown voltage bipolar transistor (BJT; junction type transistor) is used as the switching element Q1. Switching element Q
The collector of 1 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor Ci via the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT, and the emitter is connected to the primary side ground.
【0033】また、スイッチング素子Q1のコレクタ−
エミッタ間に対しては、並列共振コンデンサCrが並列
に接続される。この並列共振コンデンサCrのキャパシ
タンスと、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N
1に得られるリーケージインダクタンスとによって一次
側並列共振回路を形成する。そして、スイッチング素子
Q1のスイッチング動作に応じて、この並列共振回路に
よる共振動作が得られることで、スイッチング素子Q1
のスイッチング動作としては電圧共振形となる。Further, the collector of the switching element Q1
A parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel between the emitters. The capacitance of the parallel resonance capacitor Cr and the primary winding N of the insulating converter transformer PIT
The leakage inductance obtained in 1 forms a primary side parallel resonant circuit. Then, according to the switching operation of the switching element Q1, the resonance operation by the parallel resonant circuit is obtained, so that the switching element Q1
The switching operation of is a voltage resonance type.
【0034】また、スイッチング素子Q1 のベース−エ
ミッタ間にはクランプダイオードDDが図示する方向で
接続される。つまり、クランプダイオードDDのアノー
ドが一次側アース(エミッタ)と接続され、カソードが
ベースに対して接続される。なお、クランプダイオード
DDには低速リカバリ型のダイオード素子が選定され
る。A clamp diode DD is connected between the base and emitter of the switching element Q1 in the direction shown in the figure. That is, the anode of the clamp diode DD is connected to the primary side ground (emitter), and the cathode is connected to the base. A low speed recovery type diode element is selected as the clamp diode DD.
【0035】また、スイッチング素子Q1のベースは起
動抵抗RSを介して整流平滑電圧Eiのラインと接続さ
れており、例えば電源起動時において、上記起動抵抗R
Sを介して得られるベース電流が流れることで起動する
ようにされている。Further, the base of the switching element Q1 is connected to the line of the rectified and smoothed voltage Ei via the starting resistor RS. For example, at the time of starting the power source, the starting resistor R1 is connected.
It is designed to start up when the base current obtained via S flows.
【0036】ドライブトランスCDTは、スイッチング
素子Q1を自励式により駆動するために設けられる。こ
の場合、ドライブトランスCDTの一次側は検出巻線N
Aとされ、この検出巻線NAは絶縁コンバータトランスP
ITの二次巻線N2に直列に接続されていることで、絶
縁コンバータトランスPITを介して一次巻線N1から
二次巻線N2に誘起されたスイッチング素子Q1のスイ
ッチング出力を検出するようになっている。そして、こ
の検出巻線NAに得られる交番電圧が誘起される二次側
に対して、駆動巻線NBが巻装される。この駆動巻線NB
は、スイッチング素子Q1をスイッチング駆動する自励
発振駆動回路を形成する。さらに、本実施の形態の場合
には、ドライブトランスCDTの一次側に対して三次巻
線N3が巻装される。この三次巻線N3には、後述するイ
ンダクタLOと導通制御素子Q2との直列回路が並列にな
るように接続される。The drive transformer CDT is provided to drive the switching element Q1 by self-excitation. In this case, the primary side of the drive transformer CDT is the detection winding N
A, the detection winding NA is an insulating converter transformer P
By being connected in series to the secondary winding N2 of IT, the switching output of the switching element Q1 induced in the secondary winding N2 from the primary winding N1 via the insulating converter transformer PIT is detected. ing. Then, the drive winding NB is wound around the secondary side in which the alternating voltage obtained in the detection winding NA is induced. This drive winding NB
Form a self-excited oscillation drive circuit for switching-driving the switching element Q1. Further, in the case of the present embodiment, the tertiary winding N3 is wound around the primary side of the drive transformer CDT. A series circuit of an inductor LO and a conduction control element Q2 described later is connected to the tertiary winding N3 in parallel.
【0037】ここで、ドライブトランスCDTにおいて
磁気的に結合される駆動巻線NB及び三次巻線N3は、等
化的には、三次巻線N3は駆動巻線NBに対して並列に接
続されているものと見ることができる。Here, the drive winding NB and the tertiary winding N3 which are magnetically coupled in the drive transformer CDT are equalized so that the tertiary winding N3 is connected in parallel to the drive winding NB. It can be seen as being present.
【0038】上記各巻線が巻装されるドライブトランス
CDTとしては、例えば図4(a)に示すようなH字型
フェライト磁心によるものか、或いは図4(b)のEI
−12型フェライト磁心によるものを採用できる。図4
(a)の場合は、H字型のフェライト磁心100に対し
て、検出巻線NA、駆動巻線NB、及び三次巻線N3を巻
装することで形成される。なお、CDTの一次側と二次
側は、それぞれ絶縁コンバータトランスPITの二次側
と一次側とに在るようにされるため、実際にはフォトカ
プラ等を設けることにより直流的に絶縁することが必要
となる。但し、駆動巻線NBについて三重絶縁線を選定
すれば、フォトカプラを介在させなくとも充分な絶縁状
態を得ることができる。The drive transformer CDT around which the above windings are wound is, for example, an H-shaped ferrite magnetic core as shown in FIG. 4 (a), or an EI shown in FIG. 4 (b).
A -12 type ferrite magnetic core can be used. Figure 4
In the case of (a), it is formed by winding the detection winding NA, the drive winding NB, and the tertiary winding N3 on the H-shaped ferrite magnetic core 100. Since the primary side and the secondary side of the CDT are located on the secondary side and the primary side of the insulating converter transformer PIT, in practice, a photocoupler or the like is provided to provide DC insulation. Is required. However, if a triple insulated wire is selected for the drive winding NB, a sufficient insulation state can be obtained without interposing a photocoupler.
【0039】図4(b)の場合は、E型コア101とI
型コア102を図のように配する。E型コア101とI
型コア102の磁脚の接合点にはギャップGを形成す
る。そしてE型コア101の中央磁脚に分割ボビン10
3を配し、この分割ボビン103に検出巻線NAと駆動
巻線NBをそれぞれ巻装することで形成される。この図
4(a)又は図4(b)のようなドライブトランスCD
Tは、例えば図19で説明した直交形制御トランスPR
Tに比較して大幅な小型軽量化が可能となるものであ
る。In the case of FIG. 4B, the E-shaped core 101 and I
The mold core 102 is arranged as shown. E-shaped core 101 and I
A gap G is formed at the junction of the magnetic legs of the mold core 102. The split bobbin 10 is attached to the central magnetic leg of the E-shaped core 101.
3 is arranged, and the detection winding NA and the drive winding NB are wound around the divided bobbin 103, respectively. A drive transformer CD as shown in FIG. 4 (a) or FIG. 4 (b).
T is, for example, the orthogonal control transformer PR described in FIG.
Compared with the T, the size and weight can be significantly reduced.
【0040】スイッチング素子Q1のベースに対して
は、図示するように、[駆動巻線NB−時定数コンデン
サCB−ベース電流制限抵抗RB]の直列接続回路が接続
される。この直列接続回路は、スイッチング素子Q1を
自励式によりスイッチング駆動するための自励発振駆動
回路となる。As shown in the drawing, a series connection circuit of [drive winding NB-time constant capacitor CB-base current limiting resistor RB] is connected to the base of the switching element Q1. This series connection circuit is a self-excited oscillation drive circuit for switching-driving the switching element Q1 by self-excitation.
【0041】この場合、自励発振駆動回路における、ド
ライブトランスCDTの駆動巻線NBは、上記のように
検出巻線NAが絶縁コンバータトランスPITの二次巻
線N2に直列接続されているため、二次巻線N2に得られ
るスイッチング出力電圧により励起される。そして、自
励発振駆動回路としては、コンデンサCBと駆動巻線NB
のインダクタンスとによって、直列共振回路を形成す
る。In this case, in the drive winding NB of the drive transformer CDT in the self-excited oscillation drive circuit, the detection winding NA is connected in series to the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT as described above. It is excited by the switching output voltage available on the secondary winding N2. The self-excited oscillation drive circuit includes a capacitor CB and a drive winding NB.
And the inductance of form a series resonance circuit.
【0042】上記自励発振駆動回路の駆動巻線NBに
は、検出巻線NAにより励起されることで、ドライブ電
圧としての交番電圧が発生する。このドライブ電圧によ
って直列共振回路(NB−CB)が自励的に発振動作を行
うことで共振出力が得られることになる。そして、この
共振出力がベース電流制限抵抗RBを介することで、ス
イッチング素子Q1のベースには、スイッチング駆動信
号としてのベース電流が流れるようにされる。これによ
り、スイッチング素子Q1は、直列共振回路の共振周波
数により決定されるスイッチング周波数でスイッチング
動作を行うことになる。そして、そのコレクタに得られ
るスイッチング出力を絶縁コンバータトランスPITの
一次巻線N1に伝達する。The drive winding NB of the self-excited oscillation drive circuit is excited by the detection winding NA to generate an alternating voltage as a drive voltage. The drive voltage causes the series resonance circuit (NB-CB) to oscillate in a self-excited manner to obtain a resonance output. The resonance output passes through the base current limiting resistor RB, so that the base current as a switching drive signal flows through the base of the switching element Q1. As a result, the switching element Q1 performs the switching operation at the switching frequency determined by the resonance frequency of the series resonance circuit. Then, the switching output obtained at the collector is transmitted to the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT.
【0043】絶縁コンバータトランスPITは、スイッ
チング素子Q1のスイッチング出力を二次側に伝送す
る。絶縁コンバータトランスPITは、例えばフェライ
ト材による2組のE型コアを互いの磁脚が対向するよう
に組み合わせたEE型コアが備えられ、このEE型コア
の中央磁脚に対して、分割ボビンを利用して一次巻線N
1と、二次巻線N2をそれぞれ分割した状態で巻装してい
る。そして、中央磁脚に対してはギャップを形成するよ
うにしている。これによって、所要の結合係数による疎
結合が得られるようにしている。ギャップは、2組のE
型コアの各中央磁脚を、2本の外磁脚よりも短くするこ
とで形成することが出来る。また、結合係数kとして
は、例えばk≒0.85という疎結合の状態を得るよう
にしており、その分、飽和状態が得られにくいようにし
ている。The insulating converter transformer PIT transmits the switching output of the switching element Q1 to the secondary side. The insulating converter transformer PIT is provided with an EE type core in which, for example, two sets of E type cores made of ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other, and a split bobbin is attached to the central magnetic leg of the EE type core. Use primary winding N
1 and the secondary winding N2 are wound separately. A gap is formed with respect to the central magnetic leg. As a result, loose coupling with a required coupling coefficient is obtained. The gap is two sets of E
It can be formed by making each central magnetic leg of the die core shorter than the two outer magnetic legs. Further, as the coupling coefficient k, for example, a loose coupling state of k≈0.85 is obtained, and accordingly, it is difficult to obtain a saturated state.
【0044】絶縁コンバータトランスPITの二次側で
は、一次巻線N1により誘起された交番電圧が二次巻線
N2に発生する。この図1に示す回路においては、前述
もしたように、二次巻線N2に対しては検出巻線NAが直
列接続されている。そして、この二次巻線N2−検出巻
線NAの直列接続に対して二次側並列共振コンデンサC2
が並列に接続される。従って、この場合には、二次巻線
N2のリーケージインダクタンスL2と検出巻線NAのイ
ンダクタンスと、二次側並列共振コンデンサC2のキャ
パシタンスとによって並列共振回路が形成される。この
並列共振回路により、二次巻線N2に誘起される交番電
圧、及び検出巻線NAに得られる交番電圧は共振電圧と
なる。つまり二次側において電圧共振動作が得られる。On the secondary side of the insulating converter transformer PIT, an alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2. In the circuit shown in FIG. 1, the detection winding NA is connected in series to the secondary winding N2 as described above. The secondary side parallel resonance capacitor C2 is connected to the series connection of the secondary winding N2 and the detection winding NA.
Are connected in parallel. Therefore, in this case, a parallel resonance circuit is formed by the leakage inductance L2 of the secondary winding N2, the inductance of the detection winding NA, and the capacitance of the secondary side parallel resonance capacitor C2. By this parallel resonance circuit, the alternating voltage induced in the secondary winding N2 and the alternating voltage obtained in the detection winding NA become a resonance voltage. That is, the voltage resonance operation is obtained on the secondary side.
【0045】つまり、この電源回路は、一次側にはスイ
ッチング動作を電圧共振形とするための並列共振回路を
備え、二次側には電圧共振動作を得るための並列共振回
路を備えた「複合共振形スイッチングコンバータ」とさ
れるものである。In other words, this power supply circuit is equipped with a parallel resonance circuit for making the switching operation a voltage resonance type on the primary side and a parallel resonance circuit for obtaining the voltage resonance operation on the secondary side. It is a "resonant switching converter".
【0046】上記のようにして形成される電源回路の二
次側に対しては、二次巻線N2の一方の端部に接続され
る二次側整流ダイオードDO1と平滑コンデンサCO1とか
らなる半波整流回路が備えられ、これにより、二次巻線
N2に誘起される交番電圧のほぼ等倍レベルに対応する
二次側直流出力電圧EO1を得るようにしている。また、
ここでは、二次巻線N2に対してタップ出力を設けて、
このタップ出力と二次側アース間に対して、図示するよ
うに、二次側整流ダイオードD02と平滑コンデンサCO2
から成る半波整流回路を接続することで、低圧の二次側
直流出力電圧EO2を得るようにしている。この場合、二
次側直流出力電圧EO1は、制御回路1に対して定電圧制
御のための検出電圧として入力される。For the secondary side of the power supply circuit formed as described above, a half of a secondary side rectifying diode DO1 connected to one end of the secondary winding N2 and a smoothing capacitor CO1. A wave rectifier circuit is provided so as to obtain a secondary side DC output voltage EO1 corresponding to a level approximately equal to the alternating voltage induced in the secondary winding N2. Also,
Here, a tap output is provided for the secondary winding N2,
Between the tap output and the secondary side ground, as shown in the figure, the secondary side rectifying diode D02 and the smoothing capacitor CO2
By connecting a half-wave rectification circuit consisting of the following, a low-voltage secondary side DC output voltage EO2 is obtained. In this case, the secondary side DC output voltage EO1 is input to the control circuit 1 as a detection voltage for constant voltage control.
【0047】制御回路1は、直流出力電圧EO1を検出入
力とする誤差増幅器として機能し、直流出力電圧EO1の
レベルに応じて可変されたレベルの電圧を、MOS−F
ETとしての導通制御素子Q2のゲートに対して出力す
る。この場合の制御回路1は、直流出力電圧EO1のレベ
ルが上昇すると、その上昇分に応じて出力電圧レベルを
上昇させるように構成されている。The control circuit 1 functions as an error amplifier which receives the DC output voltage EO1 as a detection input, and outputs a voltage of a level varied according to the level of the DC output voltage EO1 to the MOS-F.
Output to the gate of the conduction control element Q2 as ET. In this case, the control circuit 1 is configured to increase the output voltage level according to the increase in the level of the DC output voltage EO1.
【0048】絶縁コンバータトランスPITの二次側に
おいては、ドライブトランスCDTに巻装される三次巻
線N3に対してインダクタLOを接続し、さらに、上記導
通制御素子Q2のドレインをインダクタLOに対して接続
すると共に、ソースを三次巻線N3の一方の端部側(一
次側アース)に対して接続している。つまり、三次巻線
N3に対して、インダクタLO−導通制御素子Q2からな
る直列接続回路を並列に接続しているものである。ま
た、導通制御素子Q2に対しては、逆方向電流の経路を
形成するためのダイオードDD2が並列に接続される。こ
のダイオードDD2には、導通制御素子Q2が内蔵するボ
ディダイオードを選定すればよい。この回路部位は、三
次巻線N3//インダクタLOから成る並列回路に対して、
導通制御素子Q2を介在させるようにして形成されてい
るものと見ることができる。本実施の形態では、上記制
御回路1、及び導通制御素子Q2、三次巻線N3、及びイ
ンダクタLOから成る並列回路を備えた定電圧制御回路
系が構成される。そして、この定電圧制御回路系は、ス
イッチング素子Q1のスイッチング周波数を可変制御す
るように動作し、これによって定電圧化を図るようにさ
れるのであるが、この動作については後述する。On the secondary side of the insulating converter transformer PIT, the inductor LO is connected to the tertiary winding N3 wound around the drive transformer CDT, and the drain of the conduction control element Q2 is connected to the inductor LO. In addition to the connection, the source is connected to one end side (primary side ground) of the tertiary winding N3. That is, the series connection circuit including the inductor LO and the conduction control element Q2 is connected in parallel to the tertiary winding N3. A diode DD2 for forming a reverse current path is connected in parallel with the conduction control element Q2. A body diode incorporated in the conduction control element Q2 may be selected as the diode DD2. This circuit part is for the parallel circuit consisting of the tertiary winding N3 // inductor LO,
It can be regarded as being formed so as to interpose the conduction control element Q2. In this embodiment, a constant voltage control circuit system including the control circuit 1, a conduction control element Q2, a tertiary winding N3, and a parallel circuit including an inductor LO is configured. The constant voltage control circuit system operates so as to variably control the switching frequency of the switching element Q1, thereby achieving a constant voltage. This operation will be described later.
【0049】図2、図3は、図1に示した構成による電
源回路における要部の動作を示す波形図である。図2に
おいては、交流入力電圧VAC=100Vで負荷電力Po
=150Wの重負荷時における条件の場合の動作を示
し、図3においては、交流入力電圧VAC=100Vで負
荷電力Po=25Wの軽負荷時における条件の場合の動
作を示している。また、これらの図に示す動作を得るの
にあたっては、各部品を次のようにして選定している。
駆動巻線NB=10μH、
三次巻線N3=7T(ターン)
検出巻線NA=1T
コンデンサCB=0.56μF
インダクタLO=4.7μH2 and 3 are waveform charts showing the operation of the main part of the power supply circuit having the configuration shown in FIG. In FIG. 2, when the AC input voltage VAC = 100V, the load power Po
= 150 W, the operation under the heavy load condition is shown, and FIG. 3 shows the operation under the light load condition with the AC input voltage VAC = 100 V and the load power Po = 25 W. In order to obtain the operation shown in these figures, each component is selected as follows. Drive winding NB = 10 μH, tertiary winding N3 = 7T (turn) Detection winding NA = 1T Capacitor CB = 0.56 μF Inductor LO = 4.7 μH
【0050】ドライブトランスCDTに巻装される駆動
巻線NBには、図2(f)、図3(f)に示すようにし
て、交番電圧VNBが発生し、また、図2(d)、図3
(d)に示す駆動巻線電流INBが流れる。そして、この
駆動巻線NBに得られる交番出力によって、自励発振駆
動回路(NB−CB−RB)が動作することによって、ス
イッチング素子Q1には、図2(c)、図3(c)に示
すようにしてベース電流IBが流れる。上記ベース電流
IBは、ベース蓄積キャリア消滅時間tstgが完了すると
ゼロレベルになり、これによって、スイッチング素子Q
1がオフとなる期間TOFFに移行する。In the drive winding NB wound around the drive transformer CDT, an alternating voltage VNB is generated as shown in FIGS. 2 (f) and 3 (f), and FIG. 2 (d), Figure 3
The drive winding current INB shown in (d) flows. Then, the self-oscillation drive circuit (NB-CB-RB) is operated by the alternating output obtained in the drive winding NB, so that the switching element Q1 is switched to the switching element Q1 shown in FIGS. 2 (c) and 3 (c). The base current IB flows as shown. The base current IB becomes zero level when the base accumulated carrier extinction time tstg is completed, whereby the switching element Q
A transition is made to a period TOFF in which 1 is turned off.
【0051】スイッチング素子がオンとなる期間TONに
至ると、クランプダイオードDDの逆回復時間trrの効
果によってクランプダイオードDDが導通する。このと
き、クランプダイオードDDに流れる電流を電流IDとす
ると、その波形は図2(e)、図3(e)に示すように
ベース電流IBの周期に対応する波形が得られる。そし
て、クランプダイオードDDが導通することによって、
駆動巻線電流INBは、クランプダイオードDDを介し、
さらにQ1ベース→Q1コレクタのPN接合を介して電流
が流れる。これにより、図2(b)、図3(b)に示す
コレクタ電流IQ1としては、先ず、負極性の方向に流れ
る波形が得られ、このときのベース電流IBとしても、
コレクタ電流IQ1に対応した正極性の波形が得られる。
そして、この後においては、クランプダイオードDDは
オフとなってスイッチング素子Q1が導通することで、
スイッチング素子Q1のコレクタ→エミッタを介して、
正極性に増加するコレクタ電流IQ1が流れることにな
る。When the period TON during which the switching element is turned on is reached, the clamp diode DD becomes conductive due to the effect of the reverse recovery time trr of the clamp diode DD. At this time, assuming that the current flowing through the clamp diode DD is the current ID, the waveform thereof has waveforms corresponding to the cycle of the base current IB as shown in FIGS. 2 (e) and 3 (e). Then, by making the clamp diode DD conductive,
The drive winding current INB passes through the clamp diode DD,
Further, current flows through the PN junction of Q1 base → Q1 collector. As a result, as the collector current IQ1 shown in FIGS. 2B and 3B, first, a waveform flowing in the negative direction is obtained, and the base current IB at this time is also obtained.
A positive waveform corresponding to the collector current IQ1 is obtained.
Then, after that, the clamp diode DD is turned off and the switching element Q1 becomes conductive,
Via the collector → emitter of the switching element Q1,
The collector current IQ1 that increases in the positive polarity flows.
【0052】上記のようにしてスイッチング素子Q1が
スイッチング動作を行うことで、一次側並列共振コンデ
ンサCrの両端に得られる共振電圧V1は、図2
(a)、図3(a)に示すようにして、スイッチング素
子Q1がオンとなる期間TONでは0レベルで、オフとな
る期間TOFFでは正弦波状のパルスとなる波形が得られ
る。これは、一次側スイッチングコンバータが電圧共振
形の動作であることを示している。また、コレクタ電流
IQ1は、図2(b)、図3(b)に示すようにして、期
間TOFFでは0レベルとなる。When the switching element Q1 performs the switching operation as described above, the resonance voltage V1 obtained across the primary side parallel resonance capacitor Cr is as shown in FIG.
As shown in (a) and FIG. 3 (a), a waveform having a 0 level in the period TON in which the switching element Q1 is on and a sinusoidal pulse in the period TOFF in the off state is obtained. This indicates that the primary side switching converter is a voltage resonance type operation. Further, the collector current IQ1 becomes 0 level during the period TOFF as shown in FIGS. 2 (b) and 3 (b).
【0053】一次側で発生した共振電圧は、絶縁コンバ
ータトランスPITの二次側の二次巻線N2に励起され
る。これにより二次巻線N2には二次側並列共振電流I2
が流れることとなり、この電流I2の波形は図2
(g)、図3(g)に示すように、スイッチング周期に
対応した交番波形として流れる。The resonance voltage generated on the primary side is excited in the secondary winding N2 on the secondary side of the insulating converter transformer PIT. As a result, the secondary side parallel resonance current I2 is applied to the secondary winding N2.
2 will flow, and the waveform of this current I2 is shown in FIG.
As shown in (g) and FIG. 3 (g), the waveform flows as an alternating waveform corresponding to the switching cycle.
【0054】三次巻線N3には、検出巻線NAに得られる
交番電圧が励起されることで、図2(h)、図3(h)
の三次巻線電圧VN3として示すように、期間TONでは正
極性の波形が得られ、期間TOFFの初期時に正極性のピ
ークを有し、期間TOFFにおける残りの期間は負極性に
反転する交番波形が得られる。そして、制御回路1によ
ってその電流導通量が制御される導通制御素子Q2に
は、図2(i)、図3(i)に示すようにして、ドレイ
ン電流IQ2が流れる。The tertiary winding N3 is excited by the alternating voltage obtained in the detection winding NA, so that FIG. 2 (h) and FIG. 3 (h)
As shown as the third winding voltage VN3, a positive polarity waveform is obtained in the period TON, a positive polarity peak is obtained at the beginning of the period TOFF, and an alternating waveform that inverts to the negative polarity in the remaining period of the period TOFF is obtained. can get. Then, the drain current IQ2 flows through the conduction control element Q2 whose current conduction amount is controlled by the control circuit 1 as shown in FIGS. 2 (i) and 3 (i).
【0055】ここで、図1で説明したようにドライブト
ランスCDTに巻装される三次巻線N3とインダクタLO
とは、導通制御素子Q2を介して並列に接続されている
ものと見ることができる。そして、導通制御素子Q2の
電流導通量を可変することで、導通制御素子Q2と直列
に接続されるインダクタLOのインピーダンスが可変さ
れることになる。Here, as described in FIG. 1, the tertiary winding N3 and the inductor LO wound around the drive transformer CDT.
Can be regarded as being connected in parallel via the conduction control element Q2. Then, by varying the current conduction amount of the conduction control element Q2, the impedance of the inductor LO connected in series with the conduction control element Q2 is varied.
【0056】図1に示した電源回路では、上記図2及び
図3により示される波形としての動作が得られるのであ
るが、図2及び図3を比較してわかるように、例えば軽
負荷の条件になるなどして二次側直流出力電圧が上昇す
るのに応じては、スイッチング周波数が高くなるように
動作している。つまり、スイッチング周波数制御が行わ
れており、これによって定電圧化を図るようにされてい
る。そして、このようにしてスイッチング周波数を可変
する動作は、次のようにして得られる。In the power supply circuit shown in FIG. 1, the operation as the waveform shown in FIGS. 2 and 3 can be obtained. As can be seen by comparing FIGS. 2 and 3, for example, under a light load condition. When the secondary side DC output voltage rises due to, for example, the switching frequency is increased. That is, switching frequency control is performed, and a constant voltage is achieved by this. The operation of changing the switching frequency in this way is obtained as follows.
【0057】例えば交流入力電圧VACが上昇する、或い
は、負荷電力が小さくなるなどして二次側直流出力EO1
のレベルが上昇したとする。すると、図1で説明したよ
うに、制御回路1において、二次側直流出力電圧E01の
上昇に応じてMOS−FETである導通制御素子Q2に
流れる電流導通量(ドレイン電流IQ2)を増加させるこ
とになる。ドレイン電流IQ2が増加すれば、インダクタ
LOに流れる電流も増加してインピーダンスを小さくす
る。ここで、図1で説明したように、三次巻線N3と導
通制御素子Q2-インダクタLOの直列回路とは並列の関
係にあるので、LOからQ2に分流する電流導通量(ドレ
イン電流IQ2)が増加することによっては、三次巻線N
3に流れる電流の量が減少することになる。これによっ
て、三次巻線N3に発生する交番電圧レベルが低下する
ので、ライブトランスCDTの二次側にある駆動巻線N
Bに励起される交番電圧も低下する。For example, when the AC input voltage VAC increases or the load power decreases, the secondary side DC output EO1
Suppose that the level of has risen. Then, as described with reference to FIG. 1, in the control circuit 1, the current conduction amount (drain current IQ2) flowing in the conduction control element Q2, which is a MOS-FET, is increased in accordance with the rise of the secondary side DC output voltage E01. become. When the drain current IQ2 increases, the current flowing through the inductor LO also increases and the impedance is reduced. Here, as described with reference to FIG. 1, since the tertiary winding N3 and the series circuit of the conduction control element Q2-inductor LO are in parallel, the current conduction amount (drain current IQ2) shunted from LO to Q2 is Depending on the increase, the tertiary winding N
The amount of current flowing through 3 will decrease. This lowers the alternating voltage level generated in the tertiary winding N3, so that the drive winding N on the secondary side of the live transformer CDT is reduced.
The alternating voltage excited by B also decreases.
【0058】これに伴って駆動巻線電流INBの電流レベ
ルが減少するので、自励発信駆動回路(NB-CB-RB)
によってスイッチング素子Q1のベースに流されるベー
ス電流IBのレベルも減少する。このため、ベース電流
IBが正極性となる期間が短くなるが、これはすなわ
ち、スイッチング素子Q1がオンとなる期間が短くなる
ことであり、これによりスイッチング周波数が高くなる
のである。したがって、この結果、二次側直流出力電圧
E01の上昇に伴っては、スイッチング周波数が高くなる
ようにして可変制御される。スイッチング周波数が可変
制御されることによっては、例えば一次側並列共振回路
の共振インピーダンスが可変されることとなって、絶縁
コンバータトランスPITの一次側から二次側に対して
伝送される電力も可変されることになるわけである。こ
れにより、最終的には二次側直流出力電圧E01のレベル
も可変制御されることとなり、電源の安定化が図られる
こととなる。Along with this, the current level of the drive winding current INB decreases, so that the self-excited oscillation drive circuit (NB-CB-RB).
As a result, the level of the base current IB passed through the base of the switching element Q1 also decreases. Therefore, the period in which the base current IB has the positive polarity becomes shorter, which means that the period in which the switching element Q1 is turned on becomes shorter, which increases the switching frequency. Therefore, as a result, as the secondary side DC output voltage E01 increases, the switching frequency is variably controlled so as to increase. By variably controlling the switching frequency, for example, the resonance impedance of the primary side parallel resonance circuit is changed, and the power transmitted from the primary side to the secondary side of the insulating converter transformer PIT is also changed. It will be. As a result, finally, the level of the secondary side DC output voltage E01 is also variably controlled, and the power supply is stabilized.
【0059】また、上述した動作からもわかるように、
本実施の形態におけるこの電源回路では、スイッチング
周波数を可変制御するのにあたり、スイッチング素子Q
1がオフとなる期間TOFFは一定とされたうえで、オンと
なる期間TONについて可変するようにされている。つま
り、重負荷時にはスイッチング素子Q1がオンしている
TON期間が長くなり、軽負荷時にはTON期間が短くなる
ようにして制御される。したがって、本実施の形態で
は、オン期間についての導通角制御を行うとともに、ス
イッチング周波数制御を実行するという「複合制御方
式」をとっているのである。Further, as can be seen from the above operation,
In this power supply circuit according to the present embodiment, the switching element Q is used to variably control the switching frequency.
The period TOFF in which 1 is off is kept constant, and the period TON in which it is on is variable. That is, the control is performed so that the TON period in which the switching element Q1 is on becomes longer when the load is heavy, and the TON period becomes shorter when the load is light. Therefore, in the present embodiment, the "combined control method" is adopted in which the conduction angle control for the ON period is performed and the switching frequency control is executed.
【0060】以上、本実施の形態による定電圧制御回路
の構成の説明をしたが、この回路構成とすれば、図19
に示されていた直交型制御トランスPRTは省略される
こととなる。これにより、本実施の形態では、直交型制
御トランスPRT製造時におけるギャップのばらつき等
に起因する駆動巻線NBについてのインダクタンス値の
ばらつきの問題は解消されることになる。従って、交流
入力電圧VACの範囲に対するマージンを少なく設定する
ことが可能となるので、回路設計も容易なものとするこ
とが可能になる。また、直交形制御トランスPRTの製
造工程の困難性にかかる問題も解消される。さらにAC
/DC電力変換効率の向上も図られる。The configuration of the constant voltage control circuit according to the present embodiment has been described above. With this circuit configuration, FIG.
The orthogonal control transformer PRT shown in (3) will be omitted. As a result, in the present embodiment, the problem of the variation in the inductance value of the drive winding NB due to the variation in the gap at the time of manufacturing the orthogonal control transformer PRT is solved. Therefore, the margin for the range of the AC input voltage VAC can be set to be small, and the circuit design can be facilitated. Further, the problem of difficulty in the manufacturing process of the orthogonal control transformer PRT is solved. AC
/ DC power conversion efficiency can be improved.
【0061】また、図15の例のように直交形制御トラ
ンスPRTの制御巻線NCに制御電流を供給してスイッ
チング周波数を制御する構成ではないので、電力損失を
低減することができ、特に制御電流レベルが大きくなる
軽負荷時における効果が大きくなる。また、ドライブト
ランスCDTは、図4で説明したように超小型のEI−
12形フェライト磁心或いはH字形フェライト磁心によ
って構成が可能であり、図19の先行技術に示したよう
な直交形制御トランスPRTを設ける場合に比べて大幅
に小型軽量化を図ることができる。Further, unlike the example of FIG. 15, the control current is not supplied to the control winding NC of the orthogonal control transformer PRT to control the switching frequency, so that the power loss can be reduced, and particularly the control can be performed. The effect becomes greater when the current level increases and the load is light. Further, the drive transformer CDT is an ultra-compact EI-, as described in FIG.
It can be constituted by a 12-type ferrite magnetic core or an H-shaped ferrite magnetic core, and can be made much smaller and lighter than in the case of providing the orthogonal control transformer PRT as shown in the prior art of FIG.
【0062】さらに、またMOS−FET(Q2)につ
いては、耐圧30V、定格電流1A以下の、低耐圧小容
量品でよいことになる。例えば、先に本出願人は、複合
共振形スイッチングコンバータに対して、一次側並列共
振電圧又は二次側共振電圧をクランプするアクティブク
ランプ回路を設け、このアクティブクランプ回路の導通
角制御によって電源の安定化を図る構成を各種提案して
いるのであるが、この場合には、アクティブクランプ回
路を形成するMOS−FET等のスイッチング素子につ
いては、一次側並列共振電圧レベル又は二次側共振電圧
レベルに応じた高耐圧品を選定する必要があり、それだ
けコスト及びサイズの点などで不利であった。これに対
して本実施の形態では、MOS−FET(Q2)につい
て低耐圧小容量品が選定されるのであるから、それだけ
低コスト化及び小型軽量化を実現することが可能となる
ものである。Further, the MOS-FET (Q2) may be a low withstand voltage small capacity product having a withstand voltage of 30 V and a rated current of 1 A or less. For example, the present applicant previously provided an active clamp circuit that clamps a primary side parallel resonance voltage or a secondary side resonance voltage for a composite resonance type switching converter, and stabilizes the power supply by controlling the conduction angle of the active clamp circuit. Various configurations have been proposed for achieving this, but in this case, switching elements such as MOS-FETs that form an active clamp circuit may be changed depending on the primary side parallel resonance voltage level or the secondary side resonance voltage level. It is necessary to select a high withstand voltage product, which is disadvantageous in terms of cost and size. On the other hand, in the present embodiment, since a low withstand voltage small capacity product is selected for the MOS-FET (Q2), it is possible to realize cost reduction and size reduction and weight reduction accordingly.
【0063】また、本実施の形態では、検出巻線NAに
より駆動巻線NBに励起された交番電圧を利用してスイ
ッチング素子を駆動する構成を採っている。ここで、検
出巻線NAは、二次側並列共振回路を形成するインダク
タンスとされていることで、検出巻線NAでは共振波形
が得られ、従って、これにより励起される駆動巻線NB
としても共振波形が得られることとなる。これによっ
て、スイッチング素子Q1に流れるベース電流IBとして
は、図2(c)及び図3(c)の波形図にも示されてい
るように、順方向ベース電流IB1より逆方向ベース電流
IB2の方がピーク値は大きくなり、スイッチング素子Q
1の下降時間が少なくなることから、それだけスイッチ
ング素子Q1のオフ時のスイッチング損失が低減される
ものとなる。従って、スイッチング素子Q1の発熱もよ
り少ないものとすることができる。Further, in the present embodiment, the switching element is driven by using the alternating voltage excited in the drive winding NB by the detection winding NA. Here, since the detection winding NA is an inductance forming a secondary side parallel resonance circuit, a resonance waveform is obtained in the detection winding NA, and therefore the drive winding NB excited by the resonance waveform is obtained.
As a result, a resonance waveform can be obtained. As a result, as the base current IB flowing through the switching element Q1, as shown in the waveform diagrams of FIGS. 2 (c) and 3 (c), the backward base current IB2 is the reverse base current IB2 rather than the forward base current IB1. , The peak value becomes large and the switching element Q
Since the fall time of 1 is reduced, the switching loss when the switching element Q1 is off is reduced accordingly. Therefore, the heat generation of the switching element Q1 can be further reduced.
【0064】図5は、本発明の第2の実施の形態として
の電源回路の構成例を示している。なお、この図におい
て、図1と同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。この図に示す電源回路においては、ドライブトラン
スCDTに巻装される検出巻線NAは、絶縁コンバータ
トランスPITの一次巻線N1に対して直列に接続され
る。この場合には検出巻線NAの一方の端部を一次巻線
N1と接続し、もう一方の端部をスイッチング素子Q1の
コレクタに接続している。このような接続形態によって
は、検出巻線NAは、絶縁コンバータトランスPITの
一次巻線N1のリーケージインダクタンスと共に、一次
側並列共振回路を形成することになる。そして、検出巻
線NAに得られる交番電圧としても、並列共振電圧とし
ての波形が得られることになる。FIG. 5 shows a configuration example of a power supply circuit according to the second embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG. In the power supply circuit shown in this figure, the detection winding NA wound around the drive transformer CDT is connected in series to the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT. In this case, one end of the detection winding NA is connected to the primary winding N1 and the other end is connected to the collector of the switching element Q1. Depending on such a connection form, the detection winding NA forms a primary side parallel resonance circuit together with the leakage inductance of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT. Then, even as the alternating voltage obtained at the detection winding NA, the waveform as the parallel resonance voltage is obtained.
【0065】このような構成の電源回路におけるスイッ
チング動作及び定電圧制御動作としては、図2及び図3
によって説明した場合と同様となるものであり、図1に
示した電源回路と同様の効果を得ることができる。The switching operation and the constant voltage control operation in the power supply circuit having such a configuration are shown in FIGS.
This is the same as the case described above, and the same effect as that of the power supply circuit shown in FIG. 1 can be obtained.
【0066】なお、この図5に示す電源回路の二次側に
おいては、二次巻線N2の両端に対して接続される整流
ダイオードDO1,DO2と平滑コンデンサC01によって全
波整流回路を形成しており、この全波整流回路によって
二次側直流出力電圧EO1を得るようにしている。また、
二次側直流出力電圧EO2については、図1の場合と同様
に、二次巻線N2のタップ出力に接続した整流ダイオー
ドDO2と平滑コンデンサCO2とにより形成される半波整
流回路によって得るようにしている。On the secondary side of the power supply circuit shown in FIG. 5, a full-wave rectifying circuit is formed by the rectifying diodes DO1 and DO2 connected to both ends of the secondary winding N2 and the smoothing capacitor C01. The full-wave rectifier circuit is used to obtain the secondary side DC output voltage EO1. Also,
As in the case of FIG. 1, the secondary side DC output voltage EO2 is obtained by a half-wave rectification circuit formed by a rectification diode DO2 connected to the tap output of the secondary winding N2 and a smoothing capacitor CO2. There is.
【0067】図6は、第3の実施の形態としてのスイッ
チング電源回路の構成例を示している。なお、この図に
おいて図1及び図5と同一部分には同一符号を付して説
明を省略する。この図に示す電源回路の基本的な回路構
成としては、図1に示した第1の実施の形態としての電
源回路と同様となる。但し、この図6に示す回路では、
新たに省電力コンデンサCDと省電力抵抗RDが追加され
ることになる。その接続形態は、まず、省電力抵抗RD
と省電力コンデンサCDが並列に接続されることで並列
回路を形成し、この並列回路(RD―CD)がクランプダ
イオードDDのアノードと一次側アースの接続点に対し
て接続される。つまり、この並列回路(RD―CD)は、
クランプダイオードDDを介する逆方向電流経路に挿入
されるようにして設けられるものである。以下、この回
路構成による動作について図7、図8を用いて説明す
る。FIG. 6 shows a configuration example of a switching power supply circuit according to the third embodiment. In this figure, the same parts as those in FIGS. 1 and 5 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The basic circuit configuration of the power supply circuit shown in this figure is the same as that of the power supply circuit according to the first embodiment shown in FIG. However, in the circuit shown in FIG.
A power saving capacitor CD and a power saving resistor RD are newly added. The connection form is as follows.
And the power-saving capacitor CD are connected in parallel to form a parallel circuit, and this parallel circuit (RD-CD) is connected to the connection point between the anode of the clamp diode DD and the primary side ground. In other words, this parallel circuit (RD-CD)
It is provided so as to be inserted in the reverse current path via the clamp diode DD. The operation of this circuit configuration will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.
【0068】図7、図8は本実施の形態における電源回
路の要部の動作を示す波形図である。ここで、第1の実
施の形態で説明した図2、図3と比較してわかるよう
に、図7、及び図8に示される各部の波形において、図
2、図3と同一部位の波形については同様となってい
る。これは、本実施の形態の電源回路の基本構成が第1
の実施の形態の電源回路と同様であることから、その基
本動作も同様であることが示されるものである。したが
って、図7、図8では、図2、図3で説明した動作につ
いての説明は省略し、新たに加えられた部位の動作につ
いて説明する。なお、これらの図に示す動作を得るのに
あたっては、各部品を次のようにして選定している。
駆動巻線NB=10μH、
三次巻線N3=7T(ターン)
検出巻線NA=1T
コンデンサCB=0.56μF
インダクタLO=4.7μH
省電力抵抗RD=22Ω
省電力コンデンサCD=0.1μF7 and 8 are waveform diagrams showing the operation of the main part of the power supply circuit according to the present embodiment. Here, as can be seen by comparing FIG. 2 and FIG. 3 described in the first embodiment, regarding the waveforms of the respective portions shown in FIG. 7 and FIG. Are similar. This is because the basic configuration of the power supply circuit of the present embodiment is the first
Since the power supply circuit is similar to that of the embodiment, the basic operation is also similar. Therefore, in FIGS. 7 and 8, the description of the operation described in FIGS. 2 and 3 will be omitted, and the operation of the newly added portion will be described. In order to obtain the operation shown in these figures, each component is selected as follows. Drive winding NB = 10 μH, tertiary winding N3 = 7T (turn) Detection winding NA = 1T Capacitor CB = 0.56 μF Inductor LO = 4.7 μH Power saving resistor RD = 22Ω Power saving capacitor CD = 0.1 μF
【0069】まず、一次側自励発振駆動回路において、
スイッチング素子Q1がオフとなる期間TOFFは、クラン
プダイオードDDがオンとなる期間DONと重なるが、こ
の期間DONでは図7(d)、図8(d)に示す負極性の
駆動巻線電流INBが、駆動巻線NB→省電力コンデンサ
CD→クランプダイオードDD→ベース電流制限抵抗RB
→時定数コンデンサCBを介して流れるようになる。こ
れは図7、図8における、期間DON内の期間TOFFにお
いて、クランプダイオードDDで得られる電流ID(図7
(e)、図8(e))の正極性方向の波形と、コンデン
サCDで得られる電流ICD(図7(g)、図8(g))
の波形とが対応していることによっても示されている。First, in the primary side self-excited oscillation drive circuit,
The period TOFF in which the switching element Q1 is off overlaps with the period DON in which the clamp diode DD is on. In this period DON, the negative drive winding current INB shown in FIGS. 7D and 8D is generated. , Drive winding NB → power saving capacitor CD → clamp diode DD → base current limiting resistor RB
→ Flows through the time constant capacitor CB. This is because the current ID (FIG. 7) obtained by the clamp diode DD in the period TOFF within the period DON in FIGS.
(E) and FIG. 8 (e)) waveforms in the positive polarity direction and current ICD obtained by the capacitor CD (FIGS. 7 (g) and 8 (g))
It is also shown by the correspondence between the waveforms of and.
【0070】次に、図示するように、スイッチング素子
Q1がオンとなると、その期間TONの初期は期間DONの
終期であり、この期間においても図7(e)、図8
(e)の電流ID、及び図7(g)、図8(g)の電流
ICDとして示すように、駆動巻線電流INBが省電力コン
デンサCD、クランプダイオードDDを介して継続して流
れている。この期間においてクランプダイオードDDに
流れる電流はダンパー電流であり、図7(c),図8
(c)に示すベース電流IBとしてスイッチング素子Q1
のベースに流入し、そのPN接合を介してベースからコ
レクタに流れる。Next, as shown in the figure, when the switching element Q1 is turned on, the beginning of the period TON is the end of the period Don, and also in this period, FIG. 7 (e) and FIG.
The drive winding current INB continues to flow through the power saving capacitor CD and the clamp diode DD, as shown by the current ID in (e) and the current ICD in FIGS. 7 (g) and 8 (g). . The current flowing through the clamp diode DD in this period is a damper current, and the current is as shown in FIGS.
The switching element Q1 is used as the base current IB shown in (c).
Flows into the base from the base through the PN junction to the collector.
【0071】ここで、電流INBが上述したように省電力
コンデンサCDを介して流れることによっては、コンデ
ンサCDに対する充電が行われることになる。そして、
期間TONにおいて、クランプダイオードDDがオフとな
る期間DOFFに至ると、コンデンサCDは充電電荷を放電
することとなり、この放電された電流は、省電力抵抗R
Dへと流れ、ここで消費されることとなる。この動作
は、図7、図8に示すように、期間DOFFに至ると図7
(e)、図8(e)の電流ID、図7(g)、図8
(g)の電流ICDの波形が0レベルとなっていることで
示されており、これはコンデンサCDにより放電された
電流がクランプダイオードDD方向ではなく、抵抗RD方
向へと流れていることを示すものである。また、同時に
図7(h)、図8(h)の電流IRDの波形が負極性の方
向に反転していることによっても、コンデンサCDによ
り放電された電流が抵抗RDに流れていることが示され
ている。Here, the current INB flows through the power-saving capacitor CD as described above, so that the capacitor CD is charged. And
During the period TON, when the clamp diode DD is turned off to the period DOFF, the capacitor CD discharges the charge, and the discharged current is the power saving resistor R.
It flows to D and is consumed here. As shown in FIGS. 7 and 8, this operation is performed when the period DOFF is reached.
(E), current ID of FIG. 8 (e), FIG. 7 (g), FIG.
It is shown that the waveform of the current ICD in (g) is at 0 level, which means that the current discharged by the capacitor CD is flowing not in the clamp diode DD direction but in the resistance RD direction. It is a thing. At the same time, the fact that the waveforms of the current IRD in FIGS. 7 (h) and 8 (h) are inverted in the negative direction also indicates that the current discharged by the capacitor CD is flowing in the resistor RD. Has been done.
【0072】このように、省電力抵抗RDと省電力コン
デンサCDの並列回路を備える本実施の形態の回路構成
では、期間DONにおいて、駆動巻線NBの交番出力とし
ての駆動巻線電流INBにより省電力コンデンサCDに対
する充電が行われ、期間DOFFにおいて省電力抵抗RDに
対する放電が開始されるという動作が得られるようにし
ている。つまり、クランプダイオードDDとスイッチン
グ素子Q1のオン/オフのタイミングは、全く一致して
いるものではないものの、スイッチング素子Q1がオン
となるタイミングに対応しては省電力コンデンサCDに
充電し、オフとなるタイミングでは省電力コンデンサC
Dの充電電荷を省電力抵抗RDに対して放電するという動
作を得ているものである。そして、この回路構成による
実験を行ったところ、スイッチング素子Q1のベース電
流IBが増加するという結果が得られることとなった。
ベース電流IBが増加することによっては、スイッチン
グ素子Q1のコレクタ飽和電圧(VCE(SAT))が低減され
ることとなり、これによってスイッチング素子Q1がオ
ンとなる期間TONにおける導通損失と、Q1ターンオフ
時のスイッチング損失は低減されることとなるのであ
る。この結果、本実施の形態における電源回路では、入
力電力を21.5W低減できることとなった。As described above, in the circuit configuration of this embodiment including the parallel circuit of the power saving resistor RD and the power saving capacitor CD, the drive winding current INB as the alternating output of the drive winding NB is saved in the period DON. The power capacitor CD is charged and the power saving resistor RD is started to be discharged in the period DOFF. That is, although the on / off timings of the clamp diode DD and the switching element Q1 are not completely coincident with each other, the power saving capacitor CD is charged and turned off at the timing when the switching element Q1 is turned on. Power saving capacitor C
The operation of discharging the charged electric charge of D to the power saving resistor RD is obtained. Then, as a result of an experiment using this circuit configuration, it was found that the base current IB of the switching element Q1 increased.
As the base current IB increases, the collector saturation voltage (VCE (SAT)) of the switching element Q1 decreases, which results in conduction loss during the period TON during which the switching element Q1 is on and the Q1 turn-off time. The switching loss will be reduced. As a result, the power supply circuit according to the present embodiment can reduce the input power by 21.5W.
【0073】以上で説明したように、本実施の形態の電
源回路では、一次側自励発振駆動回路に省電力抵抗RD
と省電力コンデンサCDの並列回路を備えることによっ
て、スイッチング素子Q1がオンとなる期間TONにおけ
るクランプダイオードDDがオフとなるDOFFにおいて、
省電力コンデンサCDに充電された負極性の電流を放電
し、それを省電力抵抗RDによって消費させることでQ1
のベース電流IBを増加させるようにしている。そし
て、これによって期間TONにおける導通損失と、Q1タ
ーンオフ時のスイッチング損失を低減させ、電源回路の
入力電力を低減させるようにしているのである。As described above, in the power supply circuit of this embodiment, the power saving resistor RD is added to the primary side self-excited oscillation drive circuit.
And a power-saving capacitor CD in parallel circuit, the clamp diode DD is turned off during the period TON when the switching element Q1 is turned on.
By discharging the negative current charged in the power saving capacitor CD and consuming it by the power saving resistor RD, Q1
The base current IB of is increased. Thus, the conduction loss in the period TON and the switching loss at the time of Q1 turn-off are reduced, and the input power of the power supply circuit is reduced.
【0074】次に、図9に、第4の実施の形態としての
スイッチング電源回路の構成例を示す。なお、この図に
おいて、図1、図5、及び図6と同一部分には同一符号
を付して説明を省略する。この図に示す電源回路の基本
構成としては、第2の実施の形態として図5に示した回
路と同様とされる。つまり、ドライブトランスCDTに
巻装される検出巻線NAは、絶縁コンバータトランスP
ITの一次巻線N1に対して直列に接続される。そし
て、クランプダイオードDDと省電力抵抗RDの回路にお
いて、省電力コンデンサCDを省電力抵抗RDに対して並
列に接続しているものである。そして、この本実施の形
態の構成によっても、先に説明した各実施の形態と同様
の効果が得られることとなる。Next, FIG. 9 shows a structural example of a switching power supply circuit as a fourth embodiment. In this figure, the same parts as those in FIG. 1, FIG. 5 and FIG. The power supply circuit shown in this figure has the same basic configuration as the circuit shown in FIG. 5 as the second embodiment. That is, the detection winding NA wound around the drive transformer CDT is the insulating converter transformer P.
It is connected in series with the primary winding N1 of IT. Then, in the circuit of the clamp diode DD and the power saving resistor RD, the power saving capacitor CD is connected in parallel to the power saving resistor RD. Also, with the configuration of this embodiment, the same effect as that of each of the embodiments described above can be obtained.
【0075】ところで、上記した実施の形態のうち、検
出巻線NAが一次側に設けられる図5及び図9の電源回
路に関しては、二次側に備えられる整流回路系としては
各図に示した構成に限定されることなく、例えば図10
〜図14に示す構成を採るようにすることも考えられ
る。図10においては、二次側並列共振回路(N2//C
2)に対してブリッジ整流回路DBR及び平滑コンデンサ
CO1から成る全波整流回路を図示する接続形態によって
接続することで二次側直流出力電圧EO1を得るようにし
た構成が示されている。By the way, in the power supply circuits of FIGS. 5 and 9 in which the detection winding NA is provided on the primary side among the above-described embodiments, the rectification circuit system provided on the secondary side is shown in each drawing. Without being limited to the configuration, for example, FIG.
It may be possible to adopt the configuration shown in FIG. In FIG. 10, the secondary side parallel resonant circuit (N2 // C
2), a full-wave rectification circuit composed of a bridge rectification circuit DBR and a smoothing capacitor CO1 is connected in the illustrated connection form to obtain a secondary side DC output voltage EO1.
【0076】また、図11においては、二次側並列共振
回路(N2//C2)に対して、図示するようにして整流ダ
イオードDO1、整流ダイオードDO2、平滑コンデンサC
OA,COBを接続することで、全波整流方式による倍電圧
整流回路を形成している。この場合には、平滑コンデン
サCOA−COBの直列接続回路の両端電圧として、二次巻
線N2に発生する交番電圧レベルの2倍に対応する二次
側直流出力電圧EO1が得られることになる。Further, in FIG. 11, for the secondary side parallel resonance circuit (N2 // C2), the rectifying diode DO1, the rectifying diode DO2 and the smoothing capacitor C are provided as shown in the figure.
By connecting OA and COB, a voltage doubler rectifier circuit based on the full-wave rectification method is formed. In this case, the secondary side DC output voltage EO1 corresponding to twice the alternating voltage level generated in the secondary winding N2 is obtained as the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors COA-COB.
【0077】また、図12に示す二次側の構成として
は、二次巻線N2の巻終わり端部に対して二次側直列共
振コンデンサCsが直列に接続される。これによって、
絶縁コンバータトランスPITの二次側においては、二
次巻線N2のリーケージインダクタンスと二次側直列共
振コンデンサCsのキャパシタンスとによって二次側直
列共振回路を形成することになる。従って、この場合に
は、一次側に設けられる一次側並列共振回路(N1,C
r)と、二次側に設けられる二次側直列共振回路(N
2,Cs)とにより複合共振形コンバータを構成するこ
とになる。そして、この二次側直列共振回路に対して、
図10に示すようにしてブリッジ整流回路DBR及び平滑
コンデンサCO1を接続することで、二次側直列共振回路
(N2,Cs)の共振作用により発生する二次側直列共
振電圧を全波整流する全波整流回路が形成される。そし
て、平滑コンデンサCO1の両端に対しては、二次巻線N
2に発生する交番電圧レベルの等倍に対応する二次側直
流出力電圧EO1が得られることになる。Further, as the configuration of the secondary side shown in FIG. 12, the secondary side series resonance capacitor Cs is connected in series to the winding end portion of the secondary winding N2. by this,
On the secondary side of the insulating converter transformer PIT, the leakage inductance of the secondary winding N2 and the capacitance of the secondary side series resonant capacitor Cs form a secondary side series resonant circuit. Therefore, in this case, the primary side parallel resonance circuit (N1, C
r) and a secondary side series resonance circuit (N
2, Cs) constitutes a composite resonance type converter. And, for this secondary side series resonant circuit,
By connecting the bridge rectification circuit DBR and the smoothing capacitor CO1 as shown in FIG. 10, full-wave rectification of the secondary side series resonance voltage generated by the resonance action of the secondary side series resonance circuit (N2, Cs) is performed. A wave rectifier circuit is formed. The secondary winding N is connected to both ends of the smoothing capacitor CO1.
Therefore, the secondary side DC output voltage EO1 corresponding to the equal voltage of the alternating voltage level generated in 2 is obtained.
【0078】また、図13においては、二次側直列共振
回路(N2,Cs)に対して、整流ダイオードDO1、整
流ダイオードDO2、平滑コンデンサCOA,COBを、図示
するようにして接続することで倍電圧整流回路を形成し
ている。In FIG. 13, the rectifying diode DO1, the rectifying diode DO2, and the smoothing capacitors COA and COB are connected to the secondary side series resonant circuit (N2, Cs) as shown in FIG. It forms a voltage rectifier circuit.
【0079】また、図14においては、二次巻線N2に
対して図示するようにして2組の二次側直列共振コンデ
ンサCs1,Cs2を接続し、さらに4本の整流ダイオー
ドDO1,DO2,D03,DO4を図示する接続形態によって
接続して、二次側整流回路を形成する。このようにして
構成される二次側整流回路としては、4倍電圧整流回路
が形成される。この4倍電圧整流回路の動作説明にあた
り、[直列共振コンデンサCs1,整流ダイオードDO
1,DO2、平滑コンデンサCOA]から成る回路の動作に
ついて説明する。先ず、整流ダイオードDO1がオフとな
り、整流ダイオードDO2がオンとなる期間においては、
二次巻線N2の漏洩インダクタンスと直列共振コンデン
サCs1による直列共振作用によって、整流ダイオード
DO2により整流した整流電流を直列共振コンデンサCs
1に対して充電する動作が得られる。そして、整流ダイ
オードDO2がオフとなり、整流ダイオードDO1がオンと
なって整流動作を行う期間においては、二次巻線N2に
誘起された電圧に直列共振コンデンサCs1の電位が加
わるという直列共振が生じる状態で平滑コンデンサCOA
に対して充電が行われる動作となる。上記のようにして
整流動作が行われることで、平滑コンデンサCOAの両端
には、二次巻線N2の誘起電圧のほぼ2倍に対応する直
流電圧(整流平滑電圧)が得られる。また、[直列共振
コンデンサCs2,整流ダイオードDO3,DO4、平滑コ
ンデンサCOB]の組とから成る整流回路によっても同様
の動作によって、平滑コンデンサCOBの両端には、二次
巻線N2の誘起電圧のほぼ2倍に対応する直流電圧が得
られることになる。In FIG. 14, two sets of secondary side series resonance capacitors Cs1 and Cs2 are connected to the secondary winding N2 as shown in the figure, and four rectifying diodes DO1, DO2 and D03 are further connected. , D0 4 are connected by the illustrated connection form to form a secondary side rectifier circuit. A quadruple voltage rectifier circuit is formed as the secondary side rectifier circuit configured in this manner. In explaining the operation of this quadruple voltage rectifier circuit, [series resonance capacitor Cs1, rectifier diode D0
1, the operation of the circuit composed of D02 and the smoothing capacitor COA] will be described. First, during the period when the rectifying diode DO1 is off and the rectifying diode D02 is on,
Due to the leakage inductance of the secondary winding N2 and the series resonance action of the series resonance capacitor Cs1, the rectified current rectified by the rectification diode D02 is applied to the series resonance capacitor Cs.
The operation of charging for 1 is obtained. Then, during the period in which the rectifying diode D02 is turned off and the rectifying diode D01 is turned on to perform the rectifying operation, a series resonance occurs in which the potential of the series resonance capacitor Cs1 is added to the voltage induced in the secondary winding N2. Smoothing capacitor COA
The operation is performed for charging. By performing the rectifying operation as described above, a DC voltage (rectified smoothed voltage) corresponding to almost twice the induced voltage of the secondary winding N2 is obtained across the smoothing capacitor COA. Further, the same operation is performed by a rectifying circuit composed of a set of [series resonance capacitor Cs2, rectifying diodes DO3, DO4, smoothing capacitor COB], and by the same operation, the induced voltage of the secondary winding N2 is almost across the smoothing capacitor COB. A DC voltage corresponding to twice the voltage will be obtained.
【0080】そして、上記のようにして各段の整流回路
によって倍電圧整流動作が行われる結果、直列接続され
た平滑コンデンサCOA−平滑コンデンサCOBの両端に
は、二次巻線N2の誘起電圧のほぼ4倍に対応する二次
側直流出力電圧EO1が得られることになる。As a result of the voltage doubler rectifying operation performed by the rectifying circuits of the respective stages as described above, the induced voltage of the secondary winding N2 is applied across the smoothing capacitor COA and the smoothing capacitor COB connected in series. The secondary side DC output voltage EO1 corresponding to almost four times is obtained.
【0081】以上、実施の形態について説明してきた
が、本発明としては、上記各実施の形態として各図に示
した構成に限定されるものではない。例えば、上記各実
施の形態においてはスイッチング素子を1組備えるシン
グルエンド方式の場合が示されているが、スイッチング
素子を2組備える、いわゆるプッシュプル方式による、
自励式の電圧共振形コンバータとされても構わないもの
である。また、二次側についても、各図に示した以外の
回路構成による整流回路が備えられて構わないものであ
る。Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the configurations shown in the drawings as the above embodiments. For example, in each of the above-described embodiments, the case of the single-end system including one set of switching elements is shown, but the so-called push-pull system including two sets of switching elements
It may be a self-excited voltage resonance converter. The secondary side may also be provided with a rectifier circuit having a circuit configuration other than that shown in each drawing.
【0082】[0082]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、一次側に
対して自励式の電圧共振形コンバータを備える複合共振
形スイッチングコンバータを基本構成としている。そし
て、定電圧制御のために、自励発振駆動回路の駆動巻線
と三次巻線をドライブトランスにより磁気結合させたう
えで、この三次巻線と、インダクタと導通制御素子との
直列回路を並列接続する回路を形成する。そして、二次
側直流出力電圧のレベル変動に応じて上記直列回路の電
流導通量が可変されるようにすることで、上記三次巻線
に生じる電圧を降下させ、自励発振駆動回路の発振周波
数(スイッチング周波数)を可変制御する。このような
構成とすることで、スイッチング素子の導通角及びスイ
ッチング周波数を同時に可変する複合制御方式による定
電圧制御が実現されることになるのであるが、これによ
って、スイッチング周波数制御に必要とされていた直交
型制御トランスを省略することが可能になる。このため
本発明では、直交型制御トランスのギャップのばらつき
等に起因するインダクタンス値のばらつきの問題は解消
され、特に本発明におけるドライブトランスのインダク
タンスのばらつきは±5%程度となる。このため、交流
入力電圧の範囲に対するマージンを少なく設定すること
が可能となるので、回路設計も容易なものとすることが
可能になる。また、直交形制御トランスの製造工程の困
難性にかかる問題も解消される。さらにAC/DC電力
変換効率の向上も図られる。As described above, the present invention has a basic structure of a composite resonance type switching converter having a self-exciting voltage resonance type converter on the primary side. Then, for constant voltage control, the drive winding and the tertiary winding of the self-excited oscillation drive circuit are magnetically coupled by a drive transformer, and then the tertiary winding and the series circuit of the inductor and the conduction control element are connected in parallel. Form a circuit to connect. Then, by varying the amount of current conduction in the series circuit according to the level fluctuation of the secondary side DC output voltage, the voltage generated in the tertiary winding is dropped, and the oscillation frequency of the self-excited oscillation drive circuit is reduced. (Switching frequency) is variably controlled. With such a configuration, constant voltage control by a composite control method that simultaneously changes the conduction angle and the switching frequency of the switching element can be realized, which is required for the switching frequency control. It is possible to omit the orthogonal control transformer. Therefore, in the present invention, the problem of the variation in the inductance value due to the variation in the gap of the orthogonal control transformer is solved, and the variation in the inductance of the drive transformer in the present invention is about ± 5%. For this reason, it is possible to set a small margin for the range of the AC input voltage, so that the circuit design can be facilitated. Further, the problem of difficulty in the manufacturing process of the orthogonal control transformer is solved. Further, the AC / DC power conversion efficiency can be improved.
【0083】また、直交形制御トランスの制御巻線に制
御電流を供給してスイッチング周波数を制御する構成で
はないので、電力損失が低減され、特に制御電流の供給
量が増す軽負荷時の効果が大きくなる。さらに、ドライ
ブトランスは、小型軽量のものが選定でき、補助スイッ
チング素子としては低耐圧小容量品のMOS−FETで
よいなど、設計上及びコスト上、好適である。Since the control current is not supplied to the control winding of the quadrature control transformer to control the switching frequency, the power loss is reduced, and particularly, the effect of the control current supply is increased at a light load. growing. Further, a small and lightweight drive transformer can be selected, and a low withstand voltage small capacity MOS-FET can be used as the auxiliary switching element, which is preferable in terms of design and cost.
【0084】また、本発明は、検出巻線が一次側並列共
振回路、又は二次側共振回路に含まれるようにされてい
ることで、この検出巻線によって駆動巻線に励起される
交番電圧を利用して得られるスイッチング駆動信号は正
弦波形に対応したものとなる。このため、スイッチング
素子に流れるベース電流としては、順方向ベース電流よ
り逆方向ベース電流の方がピーク値は大きくなってスイ
ッチング素子の下降時間が少なくなることから、スイッ
チング素子のオフ時のスイッチング損失が低減されるも
のとなる。またスイッチング素子の発熱も少ないという
利点も得られる。Further, according to the present invention, since the detection winding is included in the primary side parallel resonance circuit or the secondary side resonance circuit, the alternating voltage excited in the drive winding by the detection winding. The switching drive signal obtained by using the signal corresponds to a sine waveform. Therefore, as for the base current flowing through the switching element, the reverse base current has a larger peak value than the forward base current and the fall time of the switching element is shorter, so that the switching loss when the switching element is off is reduced. Will be reduced. In addition, there is an advantage that the switching element generates less heat.
【0085】さらに、一次側自励発振駆動回路において
設けられるダイオードに対し、省電力用のコンデンサと
抵抗の並列回路を直列になるように接続すれば、スイッ
チング素子のオン期間における導通損失と、ターンオフ
時のスイッチング損失を低減させ、電源回路の入力電力
を低減させることが可能となる。Furthermore, if a parallel circuit of a power-saving capacitor and a resistor is connected in series to the diode provided in the primary side self-excited oscillation drive circuit, conduction loss and turn-off in the ON period of the switching element will occur. It becomes possible to reduce the switching loss at the time and to reduce the input power of the power supply circuit.
【0086】なお、本発明の実施の形態における電源回
路においては、ドライブトランスの駆動巻線に三重絶縁
線を選定しているので、フォトカプラ等を設けることに
より直流的に絶縁せずとも、充分な絶縁状態を得ること
ができる。このため、部品点数の削減が可能となり、部
品コストの削減が図られることとなる。In the power supply circuit according to the embodiment of the present invention, since the triple insulated wire is selected for the drive winding of the drive transformer, it is sufficient to provide a photocoupler or the like to prevent direct current insulation. A good insulation state can be obtained. Therefore, the number of parts can be reduced, and the cost of parts can be reduced.
【図1】本発明の第1の実施の形態としてのスイッチン
グ電源回路の構成例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit according to a first embodiment of the present invention.
【図2】第1の実施の形態の電源回路における要部の動
作(重負荷時)を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing an operation (at a heavy load) of a main part of the power supply circuit according to the first embodiment.
【図3】第1の実施の形態の電源回路における要部の動
作(軽負荷時)を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing an operation (at a light load) of a main part of the power supply circuit according to the first embodiment.
【図4】ドライブトランスの構造例を示す斜視図、及び
断面図である。4A and 4B are a perspective view and a sectional view showing a structural example of a drive transformer.
【図5】本発明の第2の実施の形態としてのスイッチン
グ電源回路の構成例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit according to a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施の形態としてのスイッチン
グ電源回路の構成例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit according to a third embodiment of the present invention.
【図7】第3の実施の形態の電源回路における要部の動
作(重負荷時)を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform chart showing an operation (under heavy load) of a main part of the power supply circuit according to the third embodiment.
【図8】第3の実施の形態の電源回路における要部の動
作(軽負荷時)を示す波形図である。FIG. 8 is a waveform chart showing an operation (at a light load) of a main part of the power supply circuit according to the third embodiment.
【図9】本発明の第4の実施の形態としてのスイッチン
グ電源回路の構成例を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
【図10】実施の形態の他の二次側の構成例を示す回路
図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing another configuration example on the secondary side of the embodiment.
【図11】実施の形態の他の二次側の構成例を示す回路
図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing another configuration example on the secondary side of the embodiment.
【図12】実施の形態の他の二次側の構成例を示す回路
図である。FIG. 12 is a circuit diagram showing another configuration example of the secondary side of the embodiment.
【図13】実施の形態の他の二次側の構成例を示す回路
図である。FIG. 13 is a circuit diagram showing another configuration example on the secondary side of the embodiment.
【図14】実施の形態の他の二次側の構成例を示す回路
図である。FIG. 14 is a circuit diagram showing another configuration example of the secondary side of the embodiment.
【図15】先行技術としてのスイッチング電源回路の構
成例を示す回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit as a prior art.
【図16】図15に示す電源回路における要部の動作を
示す波形図である。16 is a waveform chart showing an operation of a main part of the power supply circuit shown in FIG.
【図17】図15に示す電源回路の定電圧制御特性を示
す説明図である。17 is an explanatory diagram showing constant voltage control characteristics of the power supply circuit shown in FIG.
【図18】図15に示す回路における、駆動巻線NBの
インダクタンスについての直流重畳特性を示す説明図で
ある。18 is an explanatory diagram showing a DC superimposition characteristic of the inductance of the drive winding NB in the circuit shown in FIG.
【図19】直交形制御トランスの構造例を示す斜視図及
び断面図である。FIG. 19 is a perspective view and a cross-sectional view showing a structural example of an orthogonal control transformer.
1 制御回路、Di フリッジ整流回路、RS 起動抵
抗、RB ベース電流制限抵抗、D01、D02 二次側整
流ダイオード、DD、DD2 クランプダイオード、C
i、C01、C02 平滑コンデンサ、CB 時定数コンデ
ンサ、Q1 スイッチング素子、Q2 導通制御素子
(トランジスタ素子)、PIT 絶縁コンバータトラン
ス、CDT ドライブトランス、N1 一次巻線、N2
二次巻線、N3三次巻線、Cr 一次側並列共振コンデン
サ、C2 二次側並列共振コンデンサ、NA 検出巻線、
NB 駆動巻線、LO インダクタ、CD 省電力コンデ
ンサ、RD 省電力抵抗1 Control circuit, Di-fridge rectifier circuit, RS start resistor, RB base current limiting resistor, D01, D02 Secondary side rectifier diode, DD, DD2 clamp diode, C
i, C01, C02 smoothing capacitor, CB time constant capacitor, Q1 switching element, Q2 conduction control element (transistor element), PIT insulation converter transformer, CDT drive transformer, N1 primary winding, N2
Secondary winding, N3 tertiary winding, Cr primary side parallel resonance capacitor, C2 secondary side parallel resonance capacitor, NA detection winding,
NB drive winding, LO inductor, CD power saving capacitor, RD power saving resistor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/00 - 3/44 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 3/00-3/44
Claims (3)
行うスイッチング素子を備えるスイッチング手段と、 一次巻線と二次巻線とを備え、上記一次巻線に得られる
上記スイッチング手段の出力を上記二次巻線に対して伝
送する絶縁コンバータトランスと、 少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線と
一次側並列共振コンデンサとにより形成され、上記スイ
ッチング手段の動作を電圧共振形とするように設けられ
る一次側並列共振回路と、 上記絶縁コンバータトランスの一次巻線又は上記絶縁コ
ンバータトランスの二次巻線と直列に接続される一次巻
線としての検出巻線と、二次巻線とされる駆動巻線と、
三次巻線とが巻装されるドライブトランスと、 上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に対して接続さ
れる二次側共振コンデンサを備えて形成される二次側共
振回路と、 上記駆動巻線と共振用コンデンサにより形成される直列
共振回路を有して、この直列共振回路の出力に基づいて
上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチ
ング駆動手段と、 上記三次巻線に対して並列に接続され、インダクタと導
通制御素子を直列に接続して形成される直列回路と、 上記二次側共振回路に得られる交番電圧を入力して整流
動作を行うことで直流出力電圧を得るように構成される
直流出力電圧生成手段と、 上記直流出力電圧のレベルに応じて、上記導通制御素子
の電流導通量を可変することにより、上記直流出力電圧
についての定電圧制御を行うようにされる定電圧制御手
段と、 を備えていることを特徴とするスイッチング電源回路。 1. Switching is performed by inputting a DC input voltage.
A switching means having a switching element for performing, a primary winding and a secondary winding are provided, and the primary winding is obtained.
The output of the switching means is transmitted to the secondary winding.
An insulating converter transformer for transmitting, and at least a primary winding of the insulating converter transformer
It is formed by the primary side parallel resonance capacitor and
It is provided so that the operation of the
Primary side parallel resonance circuit and the primary winding of the insulation converter transformer or the insulation coil
Primary winding connected in series with secondary winding of inverter transformer
A detection winding as a wire and a drive winding as a secondary winding,
Connected to the drive transformer on which the tertiary winding is wound, and the secondary winding of the isolated converter transformer.
A secondary-side resonance capacitor
Vibration circuit, a series formed by the drive winding and the resonance capacitor
Having a resonant circuit, based on the output of this series resonant circuit
A switch for switching driving the above switching element
Driving means and the tertiary winding, which are connected in parallel to the inductor and the inductor.
Rectification by inputting the alternating voltage obtained in the secondary side resonance circuit and the series circuit formed by connecting the communication control elements in series
It is configured to obtain a DC output voltage by performing an operation
DC output voltage generating means and the conduction control element according to the level of the DC output voltage
By changing the current conduction amount of
Constant voltage control hand to make constant voltage control about
A switching power supply circuit comprising: a stage .
サと抵抗との並列回路を備え、上記並列回路は、スイッ
チング素子がオフとなる期間に対応しては、上記直列共
振回路の出力によって上記コンデンサに充電が行われ、
スイッチング素子がオンとなる期間に対応しては、上記
コンデンサの充電電荷を上記抵抗に対して放電する動作
が得られるようにして接続されること、 を特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。 2. The switching driving means includes a parallel circuit of a capacitor and a resistor, and the parallel circuit charges the capacitor by the output of the series resonance circuit in correspondence with a period in which the switching element is off. Is done
2. The switching power supply according to claim 1 , wherein the switching power supply is connected so as to obtain an operation of discharging the electric charge charged in the capacitor to the resistor according to a period in which the switching element is turned on. circuit.
を特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。 3. The switching power supply circuit according to claim 1 , wherein a triple insulated wire is used for the drive winding.
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