JP3528819B2 - 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13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. 13 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 should be noted that, at the time of start-up, it is started by the start-up current flowing from the line of the rectified and smoothed voltage Ei through the start-up resistor Rs to the base.
【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、その一端が電流検出巻線NDを介して直流入
力電圧(整流平滑電圧Ei)のラインと接続され、多端
がスイッチング素子Q1のコレクタに接続されている。
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、上記した接続形態によって、
一次巻線N1及び電流検出巻線ND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 has one end connected to the DC input voltage (rectified and smoothed voltage Ei) line via the current detection winding ND, and the other end connected to the collector of the switching element Q1. Has been done.
The switching element Q1 performs switching with respect to the DC input voltage.
The switching output of the switching element Q1 is supplied to the primary winding N1 and the current detection winding ND, and an alternating voltage having a cycle corresponding to the switching frequency is generated.
【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14は、上記図13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。自励発振駆動回路内の直列共振回路(NB,
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14(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14(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. 14 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 (NB,
In 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. 14 (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. 14 (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14(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14
(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. 14 (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 0 level, and a waveform of a sinusoidal pulse is obtained in the period TOFF in which the switching element Q1 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14(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 according to the switching cycle as shown in FIG. 14 (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14(e)の直列共振電流I2
が正極性の領域は、図14(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14(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 in which the switching element Q1 is off, a 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14(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. 14 (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13の
電源回路の定電圧制御特性を図15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. 15 shows the constant voltage control characteristics of the power supply circuit of FIG. 13 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17に直交形制御トランスPRT
の構造を示す。図17(a)はその全体構造を説明する
ための外観斜視図、図17(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17
(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17(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17(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. 17 shows the orthogonal control transformer PRT.
Shows the structure of. FIG. 17A is an external perspective view for explaining the entire structure, and FIG. 17B is a cross-sectional perspective view for explaining the winding direction of the winding to be wound. FIG. 17
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. 17 (a) and 17 (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16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. 16, 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17(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. 17B, for example, the two magnetic legs 22 of the 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。ところが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N
B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. However, the precision error of the gap thickness is unavoidable at the time of manufacturing, but this is due to the drive winding N wound around the orthogonal control transformer PRT.
This causes variations in the inductance value of B.
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、直流入力電圧についてスイッチン
グを行うスイッチング素子を備えるスイッチング手段
と、一次巻線と二次巻線とを備えて、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、この絶縁コンバータト
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、検出巻線と、駆動巻線と、制御巻線とが巻装される
ことで、駆動巻線と制御巻線とで磁気結合の状態が得ら
れるようにされたドライブトランスを備える。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、二次側共振コンデンサをに接続すること
で形成される二次側共振回路を備える。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
生成手段を備える。そして、制御巻線と導通制御素子と
してのトランジスタ素子とを直列に接続して形成される
導通制御回路を上記絶縁コンバータトランスの二次側に
備え、直流出力電圧のレベルに応じて導通制御素子にお
ける電流導通量を可変制御することにより、スイッチン
グ素子のスイッチング周波数を可変制御し、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
手段を備えることとする。In view of the above problems, the present invention is configured as a switching power supply circuit as follows. That is, a switching means having a switching element for switching a DC input voltage, a primary winding and a secondary winding are provided, and the output of the switching means obtained in the primary winding is transmitted to the secondary winding. And a primary side parallel resonance circuit which is formed by the primary winding of the insulation converter transformer and the primary side parallel resonance capacitor, and which is provided so that the operation of the switching means is a voltage resonance type. Further, the drive transformer is provided with the detection winding, the drive winding, and the control winding wound so that a magnetic coupling state can be obtained between the drive winding and the control winding. In addition, a switching drive means is provided which has a series resonance circuit formed by a drive winding and a resonance capacitor, and which drives the switching element by switching based on the output of the series resonance circuit. Further, the insulating converter transformer secondary winding, and a circuit oscillating secondary co formed by connecting to the capacitor vibration secondary co. Further, it is provided with a direct current output voltage generating means configured to obtain a direct current output voltage by inputting an alternating voltage obtained in the secondary side resonance circuit and performing a rectifying operation. A conduction control circuit formed by connecting a control winding and a transistor element as a conduction control element in series is provided on the secondary side of the insulation converter transformer, and the conduction control element in the conduction control element is provided in accordance with the level of the DC output voltage. By variably controlling the current conduction amount, the switching frequency of the switching element is variably controlled, and constant voltage control means for performing constant voltage control of the DC output voltage is provided.
【0029】上記構成による電源回路は、ドライブトラ
ンスを備えることでスイッチング素子を自励式によって
駆動する複合共振形コンバータとしての基本構成を採
る。そして、定電圧制御のために、導通制御素子を備え
た導通制御回路を設けるようにしている。この導通制御
回路では、導通制御素子と直列接続されたドライブトラ
ンスの制御巻線に対して、二次側直流電圧レベルに応じ
たレベル電流を流すようにされる。このようにして制御
巻線における電流量を可変すれば、制御巻線と磁気結合
される駆動巻線を介して流れようとする電流量は変化す
ることになって、駆動巻線を有して形成されるスイッチ
ング駆動手段に流れる電流量が可変される。これによっ
て、スイッチング素子のスイッチング周波数を可変制御
するようにしている。そしてこのような定電圧制御の構
成であれば、例えば自励式の場合にスイッチング周波数
可変制御のために用いられていた直交型制御トランスを
省略することが可能となる。The power supply circuit having the above-mentioned structure has a basic structure as a composite resonance type converter which is provided with a drive transformer to drive the switching element by self-excitation. A conduction control circuit including a conduction control element is provided for constant voltage control. In this conduction control circuit, a level current according to the secondary side DC voltage level is made to flow through the control winding of the drive transformer that is connected in series with the conduction control element. If the amount of current in the control winding is changed in this way, the amount of current that tends to flow through the drive winding that is magnetically coupled to the control winding will change. The amount of current flowing through the formed switching drive means is changed. Thereby, the switching frequency of the switching element is variably controlled. With such a constant voltage control configuration, it becomes possible to omit the orthogonal control transformer used for variable switching frequency control in the case of the self-excited type, for example.
【0030】[0030]
【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.
【0031】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。A switching converter for inputting the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) to connect and disconnect is 1
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.
【0032】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.
【0033】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が図示する方向に
よって接続される。ここでは、クランプダイオードDD
のアノードがエミッタ(一次側アース)と接続され、カ
ソードがベースに対して接続される。なお、この場合の
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。Further, a clamp diode DD is connected between the base and the emitter of the switching element Q1 in the direction shown. Here, the clamp diode DD
Is connected to the emitter (primary side ground) and the cathode is connected to the base. A slow recovery type diode element is selected as the clamp diode DD in this case.
【0034】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の一次巻線N1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の一次巻線N1に伝達され
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の一次側に対して制御巻線Ncが巻装される。
ここで、上記各巻線の巻き方向は、図示するようにし
て、駆動巻線NBと制御巻線Ncが同相で、これらの巻
線NB,Ncに対して検出巻線NAが逆相となるようにし
て巻装されている。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 primary winding N1 of IT, the switching output of the switching element Q1 transmitted to the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is detected. The drive winding NB is connected to the secondary side where the alternating voltage obtained in the detection winding NA is induced.
Is wound. The drive winding NB forms a self-excited oscillation drive circuit for switching-driving the switching element Q1. Further, in the case of the present embodiment, the control winding Nc is wound around the primary side of the drive transformer CDT.
Here, the winding direction of each of the windings is such that the drive winding NB and the control winding Nc are in phase with each other and the detection winding NA is in reverse phase with respect to these windings NB and Nc, as shown in the drawing. It is wrapped around.
【0035】上記各巻線(NA,NB,Nc)が巻装され
るドライブトランスCDTとしては、例えば図5に示す
ようなH字型フェライトコアによるものか、或いは図6
のEI型フェライトコアによるものを採用できる。図5
の場合は、H字型のフェライトコア100に対して、検
出巻線NA、駆動巻線NB、及び制御巻線Ncを巻装する
ことで形成される。The drive transformer CDT around which the windings (NA, NB, Nc) are wound is, for example, an H-shaped ferrite core as shown in FIG.
An EI type ferrite core can be used. Figure 5
In this case, the H-shaped ferrite core 100 is formed by winding the detection winding NA, the drive winding NB, and the control winding Nc.
【0036】図6の場合は、I型コア102とE型コア
103を図のように組み合わせてEI型コアを形成す
る。そしてE型コア103の中央磁脚に分割ボビン10
3を配し、この分割ボビン103に例えば図示するよう
にして、検出巻線NA、駆動巻線NB、及び制御巻線Nc
をそれぞれ巻装することで形成される。この図5又は図
6に示される構造のドライブトランスCDTは、例えば
図17で説明した直交形制御トランスPRTに比較した
場合には、相当に小型軽量なものとなっている。In the case of FIG. 6, the I-type core 102 and the E-type core 103 are combined as shown to form an EI-type core. Then, the split bobbin 10 is attached to the central magnetic leg of the E-shaped core 103.
3 are arranged, and the detection winding NA, the drive winding NB, and the control winding Nc are arranged on the divided bobbin 103, for example, as illustrated.
It is formed by winding respectively. The drive transformer CDT having the structure shown in FIG. 5 or 6 is considerably small and lightweight when compared with, for example, the orthogonal control transformer PRT described in FIG.
【0037】ところで、ドライブトランスCDTにおい
て、検出巻線NA及び駆動巻線NBは絶縁コンバータトラ
ンスPITの一次側に在るようにされる。一方、制御巻
線Ncは、絶縁コンバータトランスPITの二次側に在
るようにされる。このため、例えば、一次側と二次側の
直流的絶縁性を確保するのにあたっては、フォトカプラ
等を設けることが一般には行われる。これに対して、本
実施の形態では、制御巻線Ncについて三重絶縁線を選
定することで、検出巻線NA及び駆動巻線NBに対する絶
縁性を確保するようにしており、これによってフォトカ
プラを介在させなくとも充分な絶縁状態を得るようにし
ている。In the drive transformer CDT, the detection winding NA and the drive winding NB are arranged on the primary side of the insulating converter transformer PIT. On the other hand, the control winding Nc is arranged on the secondary side of the insulating converter transformer PIT. Therefore, for example, in order to secure the direct current insulation between the primary side and the secondary side, a photo coupler or the like is generally provided. On the other hand, in the present embodiment, by selecting a triple insulated wire for the control winding Nc, the insulation property with respect to the detection winding NA and the drive winding NB is ensured, and thus the photocoupler is formed. A sufficient insulation state is obtained without any interposition.
【0038】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、[ベース電流制限抵抗RB−駆動
巻線NB−時定数(共振用)コンデンサCB]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 [base current limiting resistor RB-driving winding NB-time constant (for resonance) capacitor CB] 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.
【0039】この場合、ドライブトランスCDTの検出
巻線NAは絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1
と直列接続されている。このため、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、一次
巻線N1に伝達されたスイッチング出力電圧により交番
電圧が励起される。そして、上記した自励発振駆動回路
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, the detection winding NA of the drive transformer CDT is the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT.
Are connected in series. Therefore, in the drive winding NB of the drive transformer CDT in the self-excited oscillation drive circuit, an alternating voltage is excited by the switching output voltage transmitted to the primary winding N1. As the self-excited oscillation drive circuit described above, a series resonance circuit is formed by the capacitor CB and the inductance of the drive winding NB.
【0040】上記自励発振駆動回路の駆動巻線NBに
は、上記もしたように、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。As described above, 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. This resonance output is the base current limiting resistance RB
To the base of the switching element Q1,
A base current as a switching drive signal is made to flow. 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.
【0041】また、この場合の起動抵抗Rsは、整流平
滑電圧Eiのラインと駆動巻線NB−時定数コンデンサ
CBの接続点との間に対して挿入されている。例えば電
源起動時においては、整流平滑電圧Eiから起動抵抗R
sを介し、さらに駆動巻線NB−ベース電流制限抵抗RB
を介したベース電流が、スイッチング素子Q1のベース
に流れることで、スイッチング動作を開始させるように
なっている。Further, the starting resistance Rs in this case is inserted between the line of the rectified and smoothed voltage Ei and the connection point of the drive winding NB and the time constant capacitor CB. For example, when the power supply is started, the rectification smoothed voltage Ei changes the starting resistance R
drive winding NB-base current limiting resistor RB
The base current via the base current of the switching element Q1 flows into the base of the switching element Q1 to start the switching operation.
【0042】また、本実施の形態のドライブトランスC
DTに巻装される制御巻線Ncは、その巻始め端部側が
二次側アースに接地され、巻終わり端部が導通制御素子
Q2のコレクタと接続される。また、導通制御素子Q2の
エミッタは二次側アースに接地されている。つまり、制
御巻線Ncと導通制御素子Q2(コレクタ−エミッタ)
は、絶縁コンバータトランスPITの二次側において直
列に接続された直列接続回路を形成しているとみること
ができる。この場合、導通制御素子Q2としては、NP
N型のバイポーラトランジスタが選定されている。Further, the drive transformer C of the present embodiment
The winding start end of the control winding Nc wound around the DT is grounded to the secondary side ground, and the winding end thereof is connected to the collector of the conduction control element Q2. The emitter of the conduction control element Q2 is grounded to the secondary side ground. That is, the control winding Nc and the conduction control element Q2 (collector-emitter)
Can be regarded as forming a series connection circuit connected in series on the secondary side of the insulating converter transformer PIT. In this case, the conduction control element Q2 is NP
N-type bipolar transistors have been selected.
【0043】導通制御素子Q2のベースは、抵抗R1を介
して、後述する制御回路1内に設けられるPNP型のト
ランジスタQ4のコレクタと接続される。また、導通制
御素子Q2のベース−エミッタ間には抵抗R2が挿入され
る。この抵抗R2の両端には、ベース−エミッタ間電圧
VBE2が得られる。The base of the conduction control element Q2 is connected to the collector of a PNP type transistor Q4 provided in the control circuit 1 described later via the resistor R1. A resistor R2 is inserted between the base and emitter of the conduction control element Q2. A base-emitter voltage VBE2 is obtained across the resistor R2.
【0044】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。この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N1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
る疎結合の状態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. This 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. Is used to wind the primary winding N1 and the secondary winding N2 separately. A gap is formed with respect to the central magnetic leg. As a result, a loosely coupled state with a required coupling coefficient is obtained. The gap can be formed by making the center magnetic legs of the two sets of E-shaped cores 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.
【0045】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。そして、この図1に示す回路において
は、二次巻線N2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 secondary side parallel resonance capacitor C2 is connected to the secondary winding N2.
Are connected in parallel. Therefore, in this case, the parallel resonant circuit is formed by the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 and the capacitance of the secondary side parallel resonant capacitor C2. With this parallel resonant circuit, the secondary winding N2
The alternating voltage induced in the coil 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.
【0046】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。That is, this power supply circuit is provided with a parallel resonance circuit for providing a voltage resonance type switching operation on the primary side and a parallel resonance circuit for obtaining a voltage resonance operation on the secondary side. It is a "resonant switching converter".
【0047】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。また、二次側直流電圧EO2
は、制御回路1の動作電源として利用される。For the secondary side of the power supply circuit formed as described above, there is provided a half-wave rectification circuit including a secondary side rectification diode DO1 connected to the secondary winding N2 and a smoothing capacitor CO1. As a result, the secondary side DC output voltage EO1 corresponding to the almost equal level of the alternating voltage induced in the secondary winding N2 is obtained. Further, here, a tap output is provided for the secondary winding N2, and as shown in the drawing, a tap output is provided between the tap output and the secondary side earth and is composed of a secondary side rectifying diode D02 and a smoothing capacitor CO2. By connecting the wave rectification circuit, 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. In addition, the secondary side DC voltage EO2
Is used as an operating power supply of the control circuit 1.
【0048】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。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。シャントレギュレータQ3のアノードは二次側ア
ースに接地され、カソードは抵抗R7を介してPNP型
のトランジスタQ4のベースに接続される。トランジス
タQ4は、シャントレギュレータQ3のアノードに流れる
電流を増幅するために設けられている。トランジスタQ
4のエミッタは二次側直流電圧EO2のラインと接続さ
れ、コレクタは、抵抗R1を介して先に述べた導通制御
素子Q2のベースに対して接続される。このコレクタの
出力が、制御回路1の検出出力となる。また、ベース−
エミッタ間には、抵抗R6を挿入している。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 (voltage dividing point). . For the resistor R4,
The series connection circuit of the capacitor C3 and the resistor R5 is connected in parallel. The anode of the shunt regulator Q3 is grounded to the secondary side ground, and the cathode is connected to the base of the PNP type transistor Q4 via the resistor R7. The transistor Q4 is provided to amplify the current flowing through the anode of the shunt regulator Q3. Transistor Q
The emitter of 4 is connected to the line of the secondary side DC voltage EO2, and the collector is connected to the base of the conduction control element Q2 described above via the resistor R1. The output of this collector becomes the detection output of the control circuit 1. Also, the base-
A resistor R6 is inserted between the emitters.
【0049】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
入力されることで、シャントレギュレータQ3には、直
流出力電圧EO1に応じたレベルの電流が流れることにな
る。そして、この電流がトランジスタQ4によって増幅
されて、導通制御素子Q2のベースに流されることにな
る。このようにして、導通制御素子Q2のベースには、
二次側直流電圧EO2に応じてそのレベルが可変された直
流電流がベース電流として流れることになるのである
が、これによっては、導通制御素子Q2のコレクタに流
れるコレクタ電流IQ2のレベルも二次側直流電圧EO2の
レベルに応じて可変されることになる。これは即ち、導
通制御素子Q2のコレクタと二次側アース間に接続され
た制御巻線Ncに流れる電流レベル(振幅)を可変制御
することを意味する。この動作によっては、スイッチン
グ素子Q1のスイッチング周波数を可変し、これによっ
て二次側直流出力電圧が一定となるように安定化を図る
ようにされるのであるが、これについては後述する。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
By inputting the voltage divided by 3 and R4 to the control terminal of the shunt regulator Q3 as a control voltage, a current having a level corresponding to the DC output voltage EO1 flows through the shunt regulator Q3. Then, this current is amplified by the transistor Q4 and flows to the base of the conduction control element Q2. In this way, the base of the conduction control element Q2 is
A direct current, the level of which is varied according to the secondary side DC voltage EO2, flows as a base current. Depending on this, the level of the collector current IQ2 flowing through the collector of the conduction control element Q2 also changes to the secondary side. It is variable according to the level of the DC voltage EO2. This means that the level (amplitude) of the current flowing through the control winding Nc connected between the collector of the conduction control element Q2 and the secondary side ground is variably controlled. According to this operation, the switching frequency of the switching element Q1 is changed, and thereby the secondary side DC output voltage is stabilized so as to be constant, which will be described later.
【0050】図2及び図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、負荷電力Po=162W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、負荷電力
Po=0Wとなる無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=3T(ターン)、インダクタンスLB=1
0μH
制御巻線Nc=5T、インダクタンスLc=28μH
検出巻線NA=1T
コンデンサCB=0.56μF
ベース電流制限抵抗RB=0.47Ω
なお、上記各巻線(NB,Nc,NA)についての上記各
選定値は、ドライブトランスCDTについて図6に示し
たEI型コアを採用した場合であり、図5に示したH字
型のフェライトコア100を用いる場合には、各巻線の
巻き数はこれより若干多くなる。2 and 3 are waveform charts showing the operation of the main part of the power supply circuit having the configuration shown in FIG. Figure 2
3 shows the operation under the condition of heavy load of load power Po = 162 W, and FIG. 3 shows the operation under the condition of no load of load power Po = 0 W. In order to obtain the operation shown in these figures, each component is selected as follows. Drive winding NB = 3T (turn), inductance LB = 1
0 μH Control winding Nc = 5T, Inductance Lc = 28 μH Detection winding NA = 1T Capacitor CB = 0.56 μF Base current limiting resistance RB = 0.47Ω In addition, each selection of the above windings (NB, Nc, NA) The values are obtained when the EI type core shown in FIG. 6 is adopted for the drive transformer CDT, and when the H-shaped ferrite core 100 shown in FIG. 5 is used, the number of turns of each winding is slightly larger than this. Become.
【0051】ドライブトランスCDTに巻装される駆動
巻線NBには、前述したようにして励起作用による交番
電圧が発生する。そして、自励発振駆動回路(CB−NB
−RB)は、この駆動巻線NBに発生した交番電圧を基と
して自励発振動作を行う。つまり、時定数コンデンサC
Bと駆動巻線NBとにより形成される直列共振回路が共振
動作を行って、この共振出力を、ベース電流制限抵抗R
Bを介してベース電流としてスイッチング素子Q1のベー
スに流すようにされる。In the drive winding NB wound around the drive transformer CDT, the alternating voltage due to the exciting action is generated as described above. Then, the self-excited oscillation drive circuit (CB-NB
-RB) performs a self-excited oscillation operation based on the alternating voltage generated in the drive winding NB. That is, the time constant capacitor C
The series resonant circuit formed by B and the drive winding NB performs resonant operation, and the resonant output is transferred to the base current limiting resistor R
A base current is caused to flow through B to the base of the switching element Q1.
【0052】ここで、上記直列共振回路(CB−NB)の
共振動作によって、時定数コンデンサCBには、図2
(i)、図3(i)に示すように、スイッチング周期に
対応する正弦波状の共振電圧V3が発生する。そして、
この直列共振回路(CB−NB)の共振出力としては、図
2(j)、図3(j)に示すようにして、駆動巻線NB
からベース電流制限抵抗RBを介してスイッチング素子
Q1のベース側に流入する共振電流IOが得られる。ま
た、この共振電流IOは、スイッチング素子Q1のベース
に流れるベース電流IBと、クランプダイオードDDに流
れるダンパー電流IDとして分岐して流れることにな
る。Here, due to the resonance operation of the series resonance circuit (CB-NB), the time constant capacitor CB is connected as shown in FIG.
As shown in (i) and FIG. 3 (i), a sinusoidal resonance voltage V3 corresponding to the switching cycle is generated. And
The resonance output of this series resonance circuit (CB-NB) is as shown in FIGS. 2 (j) and 3 (j).
A resonance current I0 flowing into the base side of the switching element Q1 via the base current limiting resistor RB can be obtained from. Further, this resonance current IO is branched and flows as a base current IB flowing through the base of the switching element Q1 and a damper current ID flowing through the clamp diode DD.
【0053】本実施の形態の場合、上記直列共振回路を
形成する駆動巻線NBと制御巻線Ncとは、ドライブト
ランスCDTにおいて磁気的に密結合されるようにして
巻装されている。このため、上記のようにして直列共振
回路(CB−NB)が共振動作を行うことで駆動巻線NB
に発生した交番電圧によって、制御巻線Ncには交番電
圧が誘起されることになる。この制御巻線Ncにおける
誘起電圧によって、制御巻線Ncと、この制御巻線Nc
と二次側アース間に直列接続された導通制御素子Q2と
してのトランジスタには、図2(g)、図3(g)に示
されるコレクタ電流IQ2が流れることになる。In the case of the present embodiment, the drive winding NB and the control winding Nc forming the series resonance circuit are wound so as to be magnetically tightly coupled in the drive transformer CDT. For this reason, the series resonance circuit (CB-NB) resonates as described above, so that the drive winding NB
An alternating voltage is induced in the control winding Nc by the alternating voltage generated at. Due to the induced voltage in the control winding Nc, the control winding Nc and the control winding Nc
The collector current IQ2 shown in FIG. 2 (g) and FIG. 3 (g) flows in the transistor as the conduction control element Q2 connected in series between the secondary side ground and the ground.
【0054】スイッチング素子がオンとなる期間TONに
おいては、クランプダイオードDDの逆回復時間trrの
効果によって、先ず、期間t3〜t1において、低速リ
カバリ型のクランプダイオードDDが導通して、図2
(e)、図3(e)に示すようにしてダンパー電流ID
が流れる。この期間t3〜t1のダンパー電流IDは、
スイッチング素子Q1のベース→コレクタのPN接合を
介して流れていく。これに応じて、期間t3〜t1にお
けるスイッチング素子Q1のコレクタ電流IQ1として
は、図2(b)、図3(b)に示すように、負極性の方
向に流れる波形が得られる。また、ベース電流IBは、
図2(c)、図3(c)に示すようにして、時点t3で
正極性に立ち上がり、時点t1に至るまでに0レベルに
下降していく。During the period TON in which the switching element is turned on, the reverse recovery time trr of the clamp diode DD first causes the slow recovery type clamp diode DD to conduct during the period t3 to t1.
(E), as shown in FIG. 3 (e), the damper current ID
Flows. The damper current ID during this period t3 to t1 is
It flows through the PN junction of the base → collector of the switching element Q1. Accordingly, as the collector current IQ1 of the switching element Q1 in the period t3 to t1, as shown in FIGS. 2B and 3B, a waveform flowing in the negative polarity direction is obtained. Also, the base current IB is
As shown in FIGS. 2 (c) and 3 (c), the positive polarity rises at time t3 and decreases to 0 level by time t1.
【0055】そして、この後の期間t1〜t2において
は、クランプダイオードDDはオフとなる。このとき、
ベース電流IB(図2(c)、図3(c))は、先ず正
極性による順方向電流IB1が流れ、この後においてベー
ス蓄積キャリア消滅時間tstgにより負極性に反転し、
逆方向電流IB2が流れる。このベース電流IBに応じ
て、スイッチング素子Q1は導通することになり、図2
(b)、図3(b)に示すようにして、スイッチング素
子Q1のコレクタには、正極性のコレクタ電流IQ1が流
れる。In the subsequent period t1 to t2, the clamp diode DD is turned off. At this time,
Regarding the base current IB (FIGS. 2C and 3C), first, the forward current IB1 due to the positive polarity flows, and thereafter, the base current IB reverses to the negative polarity due to the base stored carrier annihilation time tstg.
A reverse current IB2 flows. The switching element Q1 becomes conductive according to the base current IB, and
As shown in FIGS. 3B and 3B, a positive collector current IQ1 flows through the collector of the switching element Q1.
【0056】そして、ベース電流IB(図2(c)、図
3(c))は、逆方向電流IB2が流れるベース蓄積キャ
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Q1はオフとなる期間T
OFFに移行する。Then, the base current IB (FIGS. 2 (c) and 3 (c)) becomes zero level when the base accumulated carrier erasing time tstg in which the reverse current IB2 flows is completed, whereby the switching element Q1 becomes Off period T
Move to OFF.
【0057】また、スイッチング素子Q1のベース−エ
ミッタ間電圧VBE1は、図2(d)、図3(d)に示す
ように、期間TOFF(期間t2〜t3)及び期間TON内
の期間t3〜t1においては、負極性が得られること
で、スイッチング素子Q1は逆バイアスとなる。そし
て、期間TONにおける期間t1〜t2においては、0レ
ベルに対して或る決まったオフセットが与えられたレベ
ルを維持するようにされる。As shown in FIGS. 2D and 3D, the base-emitter voltage VBE1 of the switching element Q1 has a period TOFF (periods t2 to t3) and a period t3 to t1 within the period TON. In the above, since the negative polarity is obtained, the switching element Q1 becomes reverse bias. Then, in the periods t1 to t2 in the period TON, the level to which the certain offset is given with respect to the 0 level is maintained.
【0058】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。As 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.
【0059】また、NPN型のバイポーラトランジスタ
である導通制御素子Q2の動作は、次のようになってい
る。前述もしたように、導通制御素子Q2と制御巻線N
cとは二次側において直列接続されている。そして、駆
動巻線NBによって制御巻線Ncが誘起されることで、
制御巻線Ncから導通制御素子Q2のコレクタにはコレ
クタ電流IQ2が流れるようになっている。The operation of the conduction control element Q2, which is an NPN type bipolar transistor, is as follows. As described above, the conduction control element Q2 and the control winding N
c is connected in series on the secondary side. Then, the control winding Nc is induced by the drive winding NB,
A collector current IQ2 flows from the control winding Nc to the collector of the conduction control element Q2.
【0060】ここで、導通制御素子Q2のベース−エミ
ッタ間電圧VBE2は、図2(h)、図3(h)に示すよ
うにして、期間TOFF(期間t2〜t3)と、これに続
く期間TON内の期間t3〜t1にかけては、負極性とな
っていることで、導通制御素子Q2に対しては逆バイア
スがかかっている状態となる。これに応じて、自励発振
駆動回路(CB−NB−RB)内の共振電流IOについて
も、期間t2〜t3〜t1においては、負極性に反転し
た波形となっている。このため、導通制御素子Q2は、
いわゆる逆トランジスタとして動作し、期間t2〜t3
〜t1においては、導通制御素子Q2においては、エミ
ッタからコレクタに対して電流が流れることになる。こ
れにより、導通制御素子Q2のコレクタ電流IQ2は、図
2(g)、図3(g)に示すようにして、期間t2〜t
3〜t1においては、負極性となる波形が得られる。Here, the base-emitter voltage VBE2 of the conduction control element Q2 has a period TOFF (periods t2 to t3) and a period subsequent thereto as shown in FIGS. 2 (h) and 3 (h). During the period t3 to t1 within TON, the conduction control element Q2 is in the state of being reverse-biased due to the negative polarity. Accordingly, the resonance current IO in the self-excited oscillation drive circuit (CB-NB-RB) also has a waveform inverted to the negative polarity during the period t2 to t3 to t1. Therefore, the conduction control element Q2 is
It operates as a so-called reverse transistor, and has a period of t2 to t3.
From t1 to t1, a current flows from the emitter to the collector in the conduction control element Q2. As a result, the collector current IQ2 of the conduction control element Q2 has a period of t2 to t as shown in FIGS. 2 (g) and 3 (g).
From 3 to t1, a negative waveform is obtained.
【0061】そして、導通制御素子Q2のベース−エミ
ッタ間電圧VBE2は、残る期間TON内の期間t1〜t2
において、正極性の一定レベルを維持し、正極性のバイ
アスとなる。これに応じて、期間t1〜t2における導
通制御素子Q2においても、コレクタからエミッタの方
向に電流が反転して流れることになり、コレクタ電流I
Q2としては、図2(g)、図3(g)に示すように、正
極性に反転した波形となる。なお、導通制御素子Q2の
コレクタ−エミッタ間電圧V2は、上記のようにしてコ
レクタ電流IQ2が流れることで、図2(f)、図3
(f)に示すように、期間t2〜t3〜t1においては
負極性で、期間t1〜t2においては正極性となる波形
が得られる。Then, the base-emitter voltage VBE2 of the conduction control element Q2 has a period t1 to t2 within the remaining period TON.
At, a constant level of positive polarity is maintained and positive bias is applied. In response to this, also in the conduction control element Q2 in the periods t1 to t2, the current reversely flows from the collector to the emitter, and the collector current I
As Q2, as shown in FIG. 2 (g) and FIG. 3 (g), it has a waveform inverted to the positive polarity. It should be noted that the collector-emitter voltage V2 of the conduction control element Q2 is as shown in FIG.
As shown in (f), a waveform having a negative polarity in the periods t2 to t3 to t1 and a positive polarity in the periods t1 to t2 is obtained.
【0062】ここで、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
出力電圧EO1のレベルが上昇したとする。すると、制御
回路1では、検出出力であるトランジスタQ4のコレク
タ電流を増加させるようにして動作することになる。こ
れによっては、導通制御素子Q2のベース電流が増加
し、ベース−エミッタ間電圧VBE2の振幅も拡大される
ことになる。Here, it is assumed that the level of the secondary side DC output voltage EO1 rises because the AC input voltage VAC rises or the load power decreases, for example. Then, the control circuit 1 operates so as to increase the collector current of the transistor Q4 which is the detection output. As a result, the base current of the conduction control element Q2 increases and the amplitude of the base-emitter voltage VBE2 also increases.
【0063】上記のようにして、導通制御素子Q2が制
御されることで、導通制御素子Q2のコレクタ電流IQ2
の振幅も大きくなるように制御されることになる。ここ
で、先にも述べたようにして、駆動巻線NBと制御巻線
Ncは、ドライブトランスCDTにおいて密結合の状態
にあることから、等化的には、駆動巻線NBと制御巻線
Ncとが並列的に接続されているものと見ることができ
る。従って、等化回路的には、例えば自励発振回路(C
B−NB−RB)における駆動巻線NBの巻終わり端部とベ
ース電流制限抵抗RBとの接続点に対して、制御巻線N
cの巻始め端部を接続した回路を形成することとなる。
この場合、制御巻線Ncに流れるコレクタ電流IQ2と、
自励発振回路(CB−NB−RB)の出力となる共振電流
IOの関係としては、それぞれ、駆動巻線NBとベース電
流制限抵抗RBの接続点を分岐点として、駆動巻線NBに
流れる電流が分岐することで得られる電流であるといえ
る。By controlling the conduction control element Q2 as described above, the collector current IQ2 of the conduction control element Q2 is controlled.
Will be controlled so that the amplitude of is also large. Here, as described above, since the drive winding NB and the control winding Nc are in a tightly coupled state in the drive transformer CDT, the drive winding NB and the control winding Nc are equalized. It can be seen that Nc and Nc are connected in parallel. Therefore, as for the equalization circuit, for example, a self-oscillation circuit (C
B-NB-RB), the control winding N is connected to the connection point between the winding end portion of the drive winding NB and the base current limiting resistor RB.
A circuit in which the winding start ends of c are connected is formed.
In this case, the collector current IQ2 flowing through the control winding Nc,
The relationship between the resonance current I0 that is the output of the self-excited oscillation circuit (CB-NB-RB) is that the current that flows in the drive winding NB with the connection point of the drive winding NB and the base current limiting resistor RB as the branch point. Can be said to be the current obtained by branching.
【0064】このため、導通制御素子Q2のコレクタ電
流IQ2の振幅が大きくなって、期間t1〜t2における
コレクタ電流IQ2の電流量が増加した場合には、それだ
け、共振電流IOの電流量が少なくなるように変化する
動作が得られる。この共振電流IOを基として得られる
ベース電流IBの波形は、例えば図2(c)から図3
(c)への遷移として示すようにして変化することにな
るが、これによっては、スイッチング素子Q1のベース
蓄積キャリア消滅時間(tstg)は短くなる。これに伴
い、スイッチング素子Q1がオンとなる期間TON内の期
間t1〜t2の長さが短くなっていくようにして可変さ
れることになる。Therefore, when the amplitude of the collector current IQ2 of the conduction control element Q2 increases and the amount of the collector current IQ2 in the periods t1 to t2 increases, the amount of the resonance current IO decreases accordingly. Thus, the behavior that changes is obtained. The waveform of the base current IB obtained based on the resonance current I0 is, for example, as shown in FIGS.
Although it changes as shown as a transition to (c), the base accumulated carrier disappearance time (tstg) of the switching element Q1 becomes short accordingly. Along with this, the lengths of the periods t1 to t2 within the period TON in which the switching element Q1 is turned on are shortened and varied.
【0065】期間TON内の期間t1〜t2が短くなれ
ば、その前の期間t3〜t1が不変であるとしても、期
間TON全体の長さは短くなるのであるから、スイッチン
グ素子Q1のスイッチング周波数は高くなるようにして
制御されることになる。これは、図2と図3の比較とし
て、期間TON+TOFFから成る1スイッチング周期の時
間長は、軽負荷の条件となるのに従って短くなっている
ことによって示されている。そして、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。具体的には、負荷電力Po=162W
〜0Wの変動範囲に対して、スイッチング周波数fs=
80KHz〜135KHzの範囲で可変制御して定電圧
化を図ることができる。If the periods t1 to t2 in the period TON are shortened, the length of the entire period TON is shortened even if the previous periods t3 to t1 are unchanged. Therefore, the switching frequency of the switching element Q1 is It will be controlled to be higher. This is shown by comparing FIG. 2 and FIG. 3 that the time length of one switching period consisting of the period TON + TOFF becomes shorter as the condition of the light load is shortened. 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 variable. As a result, the level of the secondary side DC output voltage is finally variably controlled, and the power source is stabilized. Specifically, the load power Po = 162W
Switching frequency fs =
A constant voltage can be achieved by variably controlling in the range of 80 KHz to 135 KHz.
【0066】なお、本実施の形態においてスイッチング
周波数を可変制御するのにあたっては、スイッチング素
子Q1がオフとなる期間TOFFは一定で、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、この
場合にも複合制御方式による定電圧制御動作が得られて
いるものである。In the present embodiment, when the switching frequency is variably controlled, the period TOFF during which the switching element Q1 is off is constant, and the period TON during which it is on is variable. That is, also in this case, the constant voltage control operation by the composite control method is obtained.
【0067】そして、上記した本実施の形態による定電
圧制御回路系の構成とすれば、図13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。With the structure of the constant voltage control circuit system according to the present embodiment described above, the orthogonal control transformer PRT shown in FIG. 13 is omitted. As a result, in this embodiment, the orthogonal control transformer PRT is used.
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 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. Further, the AC / DC power conversion efficiency can be improved.
【0068】また、図13の例のように直交形制御トラ
ンスPRTの制御巻線NCに制御電力を供給してスイッ
チング周波数を制御する構成ではないので、軽負荷時の
無効電力を低減し、電力損失を低減できる。また、ドラ
イブトランスCDTは、図5又は図6によりで説明した
ように、H字形フェライトコア或いは超小型のEI−1
2型フェライトコアによって構成が可能であり、図13
の先行技術に示したように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。Also, unlike the example of FIG. 13, the control power is not supplied to the control winding NC of the orthogonal control transformer PRT to control the switching frequency, so that the reactive power at the light load is reduced and the power is reduced. The loss can be reduced. Further, the drive transformer CDT is, as described with reference to FIG. 5 or FIG. 6, an H-shaped ferrite core or an ultra-compact EI-1.
It can be configured with a type 2 ferrite core.
The size and weight can be greatly reduced as compared with the case where the orthogonal control transformer PRT is provided as shown in the prior art.
【0069】特に本実施の形態の場合、制御巻線Ncか
ら導通制御素子Q2に流すべき電流は、ドライブトラン
スCDTにおいて制御巻線Ncと磁気的に密結合された
駆動巻線NBによって励起される交番電圧を基として得
るようにされている。例えば、制御巻線Ncに流すべき
電流を得るための電源として、絶縁コンバータトランス
PITに巻装した三次巻線と、この三次巻線に対して接
続した整流回路を形成し、この整流回路によって生成さ
れる低圧の直流電圧を利用する場合があるが、本実施の
形態の場合には、このような整流回路は不要となるもの
であり、それだけ回路の小型軽量化の促進に寄与でき
る。Particularly in the case of the present embodiment, the current to flow from the control winding Nc to the conduction control element Q2 is excited by the drive winding NB magnetically tightly coupled to the control winding Nc in the drive transformer CDT. It is designed to be obtained based on the alternating voltage. For example, as a power supply for obtaining a current to be passed through the control winding Nc, a tertiary winding wound around an insulating converter transformer PIT and a rectifying circuit connected to this tertiary winding are formed, and generated by this rectifying circuit. There is a case where a low-voltage DC voltage is used, but in the case of the present embodiment, such a rectifying circuit is unnecessary, and it can contribute to the promotion of reduction in size and weight of the circuit.
【0070】また、制御巻線Ncと導通制御素子Q2か
らなる直列接続回路は、前述のようにして、等化的に
は、一次側の自励発振駆動回路と接続されているもの
の、実際には二次側アース間に対して設けられているこ
とからも分かるように、絶縁コンバータトランスPIT
の二次側に設けられている回路である。そして、前述の
ようにして制御巻線Ncについては例えば三重絶縁線を
選定して、一次側との直流的絶縁性を確保したうえで、
一次側の駆動巻線NBと磁気結合された状態を得るよう
にしている。これにより、本実施の形態では、上記した
構成としていることで、フォトカプラ等の部品素子を追
加することなく、二次側の制御回路系と一次側スイッチ
ングコンバータとの直流的絶縁状態を確保しているもの
である。例えば仮に、制御巻線Ncと導通制御素子Q2
からなる直列接続回路を一次側に備えるとすれば、例え
ばフォトカプラを介在させるなどして、二次側の制御回
路系と直流的に絶縁しなければならないことになる。Further, although the series connection circuit composed of the control winding Nc and the conduction control element Q2 is connected to the primary side self-excited oscillation drive circuit in terms of equalization as described above, it is actually used. As can be seen from the fact that it is provided between the secondary side ground, the isolation converter transformer PIT
Is a circuit provided on the secondary side of the. Then, as described above, for the control winding Nc, for example, a triple insulated wire is selected to secure direct current insulation with the primary side, and
A state in which it is magnetically coupled to the drive winding NB on the primary side is obtained. As a result, in the present embodiment, by adopting the above-mentioned configuration, it is possible to secure the DC insulation state between the secondary side control circuit system and the primary side switching converter without adding a component element such as a photocoupler. It is what For example, suppose that the control winding Nc and the conduction control element Q2 are
If the primary side is provided with a series connection circuit consisting of, a DC coupling must be provided between the secondary side control circuit system and a photocoupler, for example.
【0071】さらに、本実施の形態の構成であれば、導
通制御素子Q2に流れる電流は非常に少なく、また、導
通制御素子Q2にかかる電圧も低いものとなっている。
このため、導通制御素子Q2としてのバイポーラトラン
ジスタについては、耐圧30V、定格電流0.15A以
下の、低耐圧小容量品を選定すればよいことになる。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スイッチング
素子(トランジスタ)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、導通
制御素子Q2としてのバイポーラトランジスタについて
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, with the structure of the present embodiment, the current flowing through the conduction control element Q2 is very small, and the voltage applied to the conduction control element Q2 is also low.
Therefore, for the bipolar transistor as the conduction control element Q2, a low withstand voltage small capacity product having a withstand voltage of 30 V and a rated current of 0.15 A or less may be selected. 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. Although various configurations have been proposed for achieving this, in this case, the switching element (transistor) that forms the active clamp circuit has a high voltage corresponding to the primary side parallel resonance voltage level or the secondary side resonance voltage level. It is necessary to select a pressure resistant product, which is disadvantageous in terms of cost and size. On the other hand, in the present embodiment, a low withstand voltage small capacity product is selected as the bipolar transistor as the conduction control element Q2, so that it is possible to realize cost reduction, size reduction and weight reduction. is there.
【0072】ここで図4に、図1に示した本実施の形態
としての電源回路における特性として、電力変換効率特
性、及びスイッチング周波数制御に要する制御電力を、
先行技術として示した図13の電源回路との比較により
示しておく。この図から分かるように、負荷電力Po=
0W〜162Wの負荷変動範囲に対応する制御電力Pc
は、図13に示した電源回路が、0.60W〜0.15
W程度であるのに対して、図1に示す電源回路は、0.
19W〜0.06Wであり、図13に示した電源回路よ
りも著しく低下していることが示されている。これは、
図1に示す回路において導通制御素子Q2に流れる電流
量が、図13に示す回路において制御巻線Ncに流す制
御電流量よりも著しく少なくなっていることに依るもの
とされる。また、電力変換効率ηAC−DCについては、負
荷電力Po=0W〜162Wの負荷変動範囲にわたっ
て、図13に示した電源回路よりも、図1に示した電源
回路のほうが高くなっていることが示されている。つま
り、図1に示した電源回路では、図13に示した電源回
路と比較して、総合的に電力変換効率の向上が図られて
いるものである。Here, FIG. 4 shows the power conversion efficiency characteristics and the control power required for switching frequency control as the characteristics of the power supply circuit according to the present embodiment shown in FIG.
This is shown by comparison with the power supply circuit of FIG. 13 shown as the prior art. As can be seen from this figure, the load power Po =
Control power Pc corresponding to the load fluctuation range of 0 W to 162 W
The power supply circuit shown in FIG.
The power supply circuit shown in FIG.
It is 19 W to 0.06 W, which is significantly lower than that of the power supply circuit shown in FIG. this is,
This is because the amount of current flowing through the conduction control element Q2 in the circuit shown in FIG. 1 is significantly smaller than the amount of control current flowing through the control winding Nc in the circuit shown in FIG. Regarding the power conversion efficiency ηAC-DC, it is shown that the power supply circuit shown in FIG. 1 is higher than the power supply circuit shown in FIG. 13 over the load fluctuation range of the load power Po = 0W to 162W. Has been done. That is, in the power supply circuit shown in FIG. 1, the power conversion efficiency is comprehensively improved as compared with the power supply circuit shown in FIG.
【0073】図7は、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7に示す電源回路としても、図5
又は図6に示した構造のドライブトランスCDTを備え
た構成とされるものである。FIG. 7 shows a configuration example of a switching power supply circuit according to the second embodiment of the present invention. In addition,
In this figure, the same parts as those in FIG. Even if the power supply circuit shown in FIG.
Alternatively, the drive transformer CDT having the structure shown in FIG. 6 is provided.
【0074】この図に示す電源回路においては、一次側
スイッチングコンバータへの入力電圧である整流平滑電
圧Eiを生成するのにあたって倍電圧整流回路を設ける
ようにされる。この倍電圧整流回路は、商用交流電源A
Cに対して、整流ダイオードDi1,Di2、及び平滑コ
ンデンサCi1,Ci2を、図示するようにして接続する
ことで形成される。そして、交流入力電圧VACを入力し
て、この交流入力電圧VACの2倍のレベルに対応するレ
ベルの整流平滑電圧Eiを生成する。このようにして倍
電圧整流回路を設ける構成は、例えば商用交流電源AC
100V系において比較的重負荷の条件に対応する場合
に好適とされる。In the power supply circuit shown in this figure, a voltage doubler rectifier circuit is provided to generate the rectified and smoothed voltage Ei which is the input voltage to the primary side switching converter. This voltage doubler rectifier circuit
It is formed by connecting rectifier diodes Di1 and Di2 and smoothing capacitors Ci1 and Ci2 to C as shown in the figure. Then, the AC input voltage VAC is input and the rectified and smoothed voltage Ei having a level corresponding to a level twice the AC input voltage VAC is generated. The configuration in which the voltage doubler rectifier circuit is provided in this way is, for example, a commercial AC power supply AC.
It is suitable when a relatively heavy load condition is met in a 100V system.
【0075】また、この図に示す電源回路の二次側にお
いては、絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2
に対してセンタータップを設けて二次側アースに接続し
た上で、図示するようにして2本の整流ダイオードDO
1,DO2と平滑コンデンサCO1を接続することで全波整
流回路を形成している。そして、この全波整流回路によ
って、平滑コンデンサCO1の両端電圧としての二次側直
流出力電圧EO1を得るようにしている。なお、この図に
おいては、制御回路1を1つの機能ブロックとして示し
ているが、例えば実際には、図1に示した制御回路1と
同様の内部構成が採られていればよい。On the secondary side of the power supply circuit shown in this figure, the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT is provided.
After connecting the center tap to the secondary side ground, the two rectifying diodes D0
A full-wave rectifier circuit is formed by connecting 1, D02 and the smoothing capacitor C01. Then, this full-wave rectification circuit obtains the secondary side DC output voltage EO1 as the voltage across the smoothing capacitor CO1. Although the control circuit 1 is shown as one functional block in this drawing, for example, actually, the internal configuration similar to that of the control circuit 1 shown in FIG. 1 may be adopted.
【0076】このような第2の実施の形態としての構成
においても、例えば図5及び図6により説明した構造を
有するドライブトランスCDTを備え、また、図1の電
源回路と同様の定電圧制御回路系の構成を採っているこ
とで、直交型制御トランスPRTの省略をはじめとし
て、先の第1の実施の形態の電源回路と同様の効果を得
ることができる。Also in the configuration as the second embodiment, a drive transformer CDT having the structure described with reference to FIGS. 5 and 6, for example, is provided, and a constant voltage control circuit similar to the power supply circuit of FIG. 1 is provided. By adopting the system configuration, it is possible to obtain the same effects as those of the power supply circuit of the first embodiment, including the omission of the orthogonal control transformer PRT.
【0077】ところで、上記した各実施の形態の電源回
路につき、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8〜図1
2に示す構成を採るようにすることも考えられる。図8
においては、二次側並列共振回路(N2//C2)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 circuit of each of the above-mentioned embodiments, the rectification circuit system provided on the secondary side is not limited to the configuration shown in each drawing, and for example, FIGS.
It is also possible to adopt the configuration shown in FIG. Figure 8
In the above, in the secondary side parallel resonance circuit (N2 // C2), the secondary side DC output voltage EO1 is connected by connecting the full-wave rectification circuit composed of the bridge rectification circuit DBR and the smoothing capacitor CO1 in the illustrated connection form. The configuration that is intended to be obtained is shown.
【0078】また、図9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CO
A,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. 9, for the secondary side parallel resonant circuit (N2 // C2), the rectifying diode DO1, the rectifying diode DO2 and the smoothing capacitor CO are provided as shown in the figure.
By connecting A and COB, a voltage doubler rectifier circuit by 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.
【0079】また、図10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(N
2,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N2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。As for the secondary side structure shown in FIG. 10, 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 rectifier circuit DBR and the smoothing capacitor CO1 as shown in the figure, the secondary side series resonance circuit (N
2, Cs) forms a full-wave rectification circuit for full-wave rectifying the secondary side series resonance voltage generated by the resonance action. And
For both ends of the smoothing capacitor CO1, the secondary side DC output voltage EO1 corresponding to the same level as the alternating voltage level generated in the secondary winding N2 is obtained.
【0080】また、図11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. 11, the rectifier diode DO1, the rectifier diode DO2, and the smoothing capacitors COA and COB are connected to the secondary side series resonance circuit (N2, Cs) as shown in FIG. It forms a voltage rectifier circuit.
【0081】また、図12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
ついて述べる。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. 12, 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
The operation of the circuit consisting of 1, D02 and 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.
【0082】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.
【0083】なお、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。In each of the above-mentioned embodiments, the single-end type having one set of switching elements is shown. However, a so-called push-pull type self-exciting voltage resonance converter having two sets of switching elements is shown. It is okay to say that. The secondary side may also be provided with a rectifier circuit having a circuit configuration other than that shown in each drawing.
【0084】[0084]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、複合共振
形コンバータとして、ドライブトランスを備えた自励式
の構成を採る。これと共に、定電圧化のためのスイッチ
ング周波数制御は、ドライブトランスに対して制御巻線
を巻装して駆動巻線と磁気結合させ、この制御巻線と導
通制御素子の直列接続回路(導通制御回路)を形成する
ようにされる。そして、この直列接続回路の導通を制御
することによって、スイッチング素子を駆動する自励発
振駆動回路(スイッチング駆動手段)における電流導通
量を可変制御することによって行うようにしている。そ
して、このような構成であれば、これまでスイッチング
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。これにより、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ることになる。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
題も解消されることになる。直交形制御トランスの制御
巻線に制御電力を供給してスイッチング周波数を制御す
る構成ではないとされることで、軽負荷時の無効電力を
低減し、電力損失を低減できることになる。つまり、A
C/DC電力変換効率の向上も図られることになる。ま
た、本発明によるドライブトランスは、直交型制御トラ
ンスよりもはるかに小型であるために、それだけ電源回
路の小型軽量化を促進することも可能となる。As described above, the present invention adopts a self-excited configuration including a drive transformer as a composite resonance type converter. At the same time, the switching frequency control for constant voltage winding is performed by winding a control winding around the drive transformer and magnetically coupling the drive winding, and connecting the control winding and the conduction control element in series (conduction control). Circuit). The conduction of the series connection circuit is controlled to variably control the amount of current conduction in the self-excited oscillation drive circuit (switching drive means) that drives the switching element. Then, with such a configuration, it becomes possible to omit the orthogonal control transformer which has been required for the switching frequency control up to now. This solves the problem of variations in the inductance value due to variations in the gap of the orthogonal control transformer. In particular, the variation of 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 can be solved. Since it is not configured to supply the control power to the control winding of the orthogonal control transformer to control the switching frequency, it is possible to reduce the reactive power and the power loss at the light load. That is, A
The C / DC power conversion efficiency will also be improved. Further, since the drive transformer according to the present invention is much smaller than the orthogonal control transformer, it is possible to promote the reduction in size and weight of the power supply circuit.
【0085】また、本発明としての導通制御回路に備え
られる導通制御素子(バイポーラトランジスタ)には、
低電圧及び小レベルの電流が印加されるので、定電圧制
御に要する電力も低減されることになる。つまり、電源
回路における無効電力が低減され、これによっても電源
回路のAC/DC電力変換効率の低減を促進させること
ができる。また、導通制御素子としては、低耐圧、小容
量品が選定されることにもなるので、この点でも、小型
軽量化、及び低コスト化が促進される。The conduction control element (bipolar transistor) provided in the conduction control circuit according to the present invention includes:
Since the low voltage and the small level current are applied, the power required for the constant voltage control is also reduced. That is, the reactive power in the power supply circuit is reduced, which also promotes the reduction of the AC / DC power conversion efficiency of the power supply circuit. Further, as the conduction control element, a low withstand voltage, small capacity product is selected, and in this respect as well, reduction in size and weight and cost reduction are promoted.
【0086】また、本発明としては、制御巻線がドライ
ブトランスにおいて他の巻線と直流的に絶縁されること
を利用して、導通制御回路を絶縁コンバータトランスの
二次側に設けるようにしているが、これにより、例えば
フォトカプラを省略することが可能になる。また、制御
巻線は、ドライブトランスにおいて駆動巻線と磁気結合
されているために、導通制御回路は、駆動巻線によって
制御巻線に励起された電圧を基として動作することがで
きる。従って、例えば低圧直流電源を生成するための回
路部品を追加する必要もなくなる。つまり、これらの点
においても、回路の小型軽量化をより推し進めることを
可能としているものである。Further, according to the present invention, the conduction control circuit is provided on the secondary side of the insulating converter transformer by utilizing the fact that the control winding is galvanically isolated from other windings in the drive transformer. However, this makes it possible to omit the photocoupler, for example. Further, since the control winding is magnetically coupled to the drive winding in the drive transformer, the conduction control circuit can operate based on the voltage excited in the control winding by the drive winding. Therefore, it is not necessary to add a circuit component for generating a low voltage DC power supply, for example. That is, also in these respects, it is possible to further promote the reduction in size and weight of the circuit.
【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】本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 (under heavy load) of a main part of the power supply circuit according to the present embodiment.
【図3】本実施の形態の電源回路における要部の動作
(無負荷時)を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing an operation (under no load) of a main part of the power supply circuit according to the present embodiment.
【図4】図1に示す電源回路について、負荷変動に対す
るAC−DC電力変換効率、及び定電圧化のための制御電力
の各特性を、先行技術と比較して示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the characteristics of AC-DC power conversion efficiency with respect to load fluctuations and control power for constant voltage in the power supply circuit shown in FIG. 1, as compared with the prior art.
【図5】H字型コアによるドライブトランスの構造例を
示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a structural example of a drive transformer having an H-shaped core.
【図6】EI型コアによるドライブトランスの構造例を
示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structural example of a drive transformer having an EI type core.
【図7】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. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit according to a second embodiment of the present invention.
【図8】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. 8 is a circuit diagram showing another configuration example on the secondary side of the embodiment.
【図9】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. 9 is a circuit diagram showing another configuration example on the secondary side of the embodiment.
【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】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. 13 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit as a prior art.
【図14】図13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。14 is a waveform chart showing an operation of a main part of the power supply circuit shown in FIG.
【図15】図13に示す電源回路の定電圧制御特性を示
す説明図である。15 is an explanatory diagram showing constant voltage control characteristics of the power supply circuit shown in FIG.
【図16】図13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。16 is an explanatory diagram showing a DC superimposition characteristic of the inductance of the drive winding NB in the circuit shown in FIG.
【図17】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. 17 is a perspective view and a cross-sectional view showing a structural example of an orthogonal control transformer.
1 制御回路、Q1 スイッチング素子、Q2 導通制御
素子(バイポーラトランジスタ)、PIT 絶縁コンバ
ータトランス、CDT ドライブトランス、DD クラ
ンプダイオード、N1 一次巻線、N2 二次巻線、Cr
一次側並列共振コンデンサ、NA 検出巻線、NB 駆
動巻線、Nc 制御巻線、C2 二次側並列共振コンデ
ンサ1 control circuit, Q1 switching element, Q2 conduction control element (bipolar transistor), PIT insulation converter transformer, CDT drive transformer, DD clamp diode, N1 primary winding, N2 secondary winding, Cr
Primary side parallel resonance capacitor, NA detection winding, NB drive winding, Nc control winding, C2 Secondary side parallel resonance capacitor
───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)
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、 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、 検出巻線と、駆動巻線と、制御巻線とが巻装されること
で、上記駆動巻線と上記制御巻線とで磁気結合の状態が
得られるようにされたドライブトランスと、 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、 上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に対して、二次
側共振コンデンサを接続することで形成される二次側共
振回路と、 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、 上記制御巻線と導通制御素子としてのトランジスタ素子
とを直列に接続して形成される導通制御回路を上記絶縁
コンバータトランスの二次側に備え、上記直流出力電圧
のレベルに応じて上記導通制御素子における電流導通量
を可変制御することにより、スイッチング素子のスイッ
チング周波数を可変制御し、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. A switching means comprising a switching element for switching a DC input voltage, a primary winding and a secondary winding, and the output of the switching means obtained at the primary winding is used as the secondary winding. And a primary side parallel resonance circuit formed by a primary winding of the insulation converter transformer and a primary side parallel resonance capacitor, the primary side parallel resonance circuit provided so as to make the operation of the switching means a voltage resonance type. A drive transformer in which the detection winding, the drive winding, and the control winding are wound so that a magnetic coupling state is obtained between the drive winding and the control winding; It has a series resonance circuit formed by a drive winding and a resonance capacitor, and switches the switching element based on the output of this series resonance circuit. Switching driving means for moving, relative to the insulating converter transformer secondary winding, the secondary
And the secondary side both <br/> oscillation circuit formed by connect the side co oscillation capacitor, the DC output voltage by performing a rectifying operation by entering the alternating voltage obtained at the secondary side both oscillating circuits And a conduction control circuit formed by connecting in series the control winding and a transistor element as a conduction control element on the secondary side of the insulation converter transformer. By variably controlling the amount of current conduction in the conduction control element according to the level of the DC output voltage, the switching frequency of the switching element is variably controlled, and constant voltage control of the DC output voltage is performed. A switching power supply circuit comprising: a constant voltage control means.
い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 power supply circuit according to claim 1, wherein a triple insulated wire is used for the control winding.
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