[go: up one dir, main page]

JP6554942B2 - Switching power supply - Google Patents

Switching power supply Download PDF

Info

Publication number
JP6554942B2
JP6554942B2 JP2015131521A JP2015131521A JP6554942B2 JP 6554942 B2 JP6554942 B2 JP 6554942B2 JP 2015131521 A JP2015131521 A JP 2015131521A JP 2015131521 A JP2015131521 A JP 2015131521A JP 6554942 B2 JP6554942 B2 JP 6554942B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
output
voltage
circuit
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2015131521A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016067194A (en
Inventor
明輝 千葉
明輝 千葉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanken Electric Co Ltd filed Critical Sanken Electric Co Ltd
Publication of JP2016067194A publication Critical patent/JP2016067194A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6554942B2 publication Critical patent/JP6554942B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

本発明は、昇圧コンバータと絶縁ハーフブリッジコンバータとを備えたスイッチング電源装置に関するものである。   The present invention relates to a switching power supply device including a boost converter and an insulated half bridge converter.

DC−DCコンバータとして、スイッチング素子をオン、オフすることにより直流入力を昇圧する昇圧コンバータと、2つのスイッチング素子をそれぞれ交互にオン、オフすることにより昇圧コンバータで昇圧された直流を交流に変換するハーフブリッジコンバータと、ハーフブリッジコンバータの出力を整流及び平滑して直流出力する変換部とを備えた構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、このDC−DCコンバータは、2つのコンバータを使用するので制御回路が複雑になる。また、ハーフブリッジコンバータで出力電圧を制御するので、トランスの利用率が悪くなり、変換効率が低下するという欠点を有する。   As a DC-DC converter, a boost converter that boosts the DC input by turning on and off the switching element and a DC boosted by the boost converter by alternately turning on and off the two switching elements are converted into AC. A configuration including a half-bridge converter and a conversion unit that rectifies and smoothes the output of the half-bridge converter and outputs a direct current is proposed (see, for example, Patent Document 1). However, since this DC-DC converter uses two converters, the control circuit becomes complicated. Further, since the output voltage is controlled by the half bridge converter, there is a disadvantage that the utilization factor of the transformer is deteriorated and the conversion efficiency is lowered.

そこで、DC−DCコンバータを昇圧コンバータと絶縁ハーフブリッジコンバータとで構成し、絶縁ハーフブリッジコンバータを固定オンデューティ比、かつ、固定スイッチング周波数で駆動し、昇圧コンバータで絶縁ハーフブリッジコンバータに印加される電圧を制御することで、出力電圧を調整する技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Therefore, the DC-DC converter is composed of a boost converter and an isolated half-bridge converter, the isolated half-bridge converter is driven at a fixed on-duty ratio and a fixed switching frequency, and the voltage applied to the isolated half-bridge converter by the boost converter. A technique for adjusting the output voltage by controlling the above has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開2005−287195号公報JP 2005-287195 A 特開2013−258860号公報JP 2013-258860 A

しかしながら、特許文献2に記載の従来技術では、昇圧コンバータの平滑コンデンサに溜めた電荷(エネルギー)を絶縁ハーフブリッジコンバータによって2次側に出力している。従って、昇圧コンバータの平滑コンデンサの電圧は、負荷に応じて変動する。特に、絶縁ハーフブリッジコンバータにおいて、トランスの利用率を最良とするため、デューティーを50%で動作させる場合には、平滑コンデンサの電圧を高く設定することになり、平滑コンデンサを大型化すると共に、スイッチング素子を高耐圧化する必要があった。   However, in the prior art described in Patent Document 2, the charge (energy) stored in the smoothing capacitor of the boost converter is output to the secondary side by the insulated half bridge converter. Therefore, the voltage of the smoothing capacitor of the boost converter varies depending on the load. In particular, in an insulated half-bridge converter, when operating at a duty of 50% in order to optimize the utilization factor of the transformer, the voltage of the smoothing capacitor is set high, and the smoothing capacitor is enlarged and switched. It was necessary to increase the breakdown voltage of the element.

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、昇圧コンバータの後段に設けた絶縁ハーフブリッジコンバータを50%デューティーで動作させても、昇圧コンバータの平滑コンデンサを小型化することができると共に、スイッチング素子の低耐圧化を実現することができるスイッチング電源装置を提供することにある。   In view of the above problems, the object of the present invention is to reduce the smoothing capacitor of the boost converter and reduce the size of the switching element even when the isolated half-bridge converter provided in the subsequent stage of the boost converter is operated at 50% duty. An object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of realizing a low breakdown voltage.

本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
本発明のスイッチング電源装置は、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを直列に接続して構成された第1アームと、一方端が直流入力端子に接続され、他方端が前記第1アームの中点に接続されたリアクトルと、前記第1アームに並列に接続された平滑コンデンサと、前記第1アームに並列に接続され、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子とを直列に接続して構成された第2アームと、前記第1アームの中点と前記第2アームの中点との間に接続され、共振コンデンサと共振リアクトルとトランスの1次巻線とを直列に接続して構成された直列回路と、前記トランスの2次巻線に接続され、前記2次巻線に発生する電圧を整流平滑して直流出力を取り出す整流平滑回路と、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを交互にオンオフ制御する第1制御回路と、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とを交互にオンオフを制御する第2制御回路と、前記直流出力と所定の基準電圧を比較して得られる誤差信号を発生する誤差増幅器と、第2電圧から当該第2電圧よりも大きい第3電圧まで変動する第1のこぎり波を生成する第1三角波発生器と、前記第2電圧よりも小さい第1電圧から前記第2電圧まで変動する、前記第1のこぎり波の数倍の周波数を有し、立下りが同期した第2のこぎり波を生成する第2三角波発生器とを具備し、定常負荷時に、前記第1制御回路は、前記誤差信号と前記第1のこぎり波とを比較することで、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを可変デューティーで交互にオンオフさせると共に、前記第2制御回路は、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とを50%デューティーで交互にオンオフさせ、軽負荷時に、前記第1制御回路は、前記第1スイッチング素子をゼロデューティーに制御すると共に、前記第2制御回路は、前記誤差信号と前記第2のこぎり波とを比較することで、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とを可変デューティーで交互にオンオフさせることを特徴とする。
さらに、本発明に係るスイッチング電源装置において、定常負荷時に、前記第1スイッチング素子のターンオンと前記第3スイッチング素子のターンオンとを同期させると共に、前記第2スイッチング素子のターンオフと前記第4スイッチング素子のターンオフとを同期させる同期回路を備えていても良い。
さらに、本発明に係るスイッチング電源装置において、過負荷時に、前記直流出力から出力される電流に応じて前記誤差信号を低下させる信号低下回路を備えていても良い。
さらに、本発明に係るスイッチング電源装置において、起動時に、ソフトスタート信号に応じて前記誤差信号を調整する調整回路を備えていても良い。
The switching power supply according to the present invention is configured as follows to achieve the above object.
The switching power supply device of the present invention includes a first arm configured by connecting a first switching element and a second switching element in series, one end connected to a DC input terminal, and the other end connected to the first arm. Reactor connected to the middle point, smoothing capacitor connected in parallel to the first arm, connected in parallel to the first arm, and configured by connecting a third switching element and a fourth switching element in series The second arm is connected between the midpoint of the first arm and the midpoint of the second arm, and a resonance capacitor, a resonance reactor, and a primary winding of the transformer are connected in series. A series circuit connected to the secondary winding of the transformer, a rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing the voltage generated in the secondary winding to extract a DC output, the first switching element and the second switch. A first control circuit for alternately turning on and off the switching element, a second control circuit for alternately turning on and off the third switching element and the fourth switching element, and comparing the DC output with a predetermined reference voltage An error amplifier for generating an error signal obtained in this manner, a first triangular wave generator for generating a first sawtooth wave that fluctuates from a second voltage to a third voltage that is greater than the second voltage, and more than the second voltage. A second triangular wave generator that generates a second sawtooth wave having a frequency several times that of the first sawtooth wave, which varies from a small first voltage to the second voltage, and whose falling is synchronized, At the time of load, the first control circuit compares the error signal and the first sawtooth wave to alternately turn on and off the first switching element and the second switching element with a variable duty. The second control circuit alternately turns on and off the third switching element and the fourth switching element at a 50% duty, and the first control circuit sets the first switching element to zero at a light load. While controlling to a duty, the second control circuit alternately turns on and off the third switching element and the fourth switching element at a variable duty by comparing the error signal and the second sawtooth wave. It is characterized by.
Furthermore, in the switching power supply according to the present invention, the turn-on of the first switching element and the turn-on of the third switching element are synchronized at the time of steady load, and the turn-off of the second switching element and the fourth switching element are synchronized. A synchronization circuit that synchronizes the turn-off may be provided.
Furthermore, the switching power supply device according to the present invention may include a signal reduction circuit that reduces the error signal in accordance with a current output from the DC output during overload.
Furthermore, the switching power supply according to the present invention may include an adjustment circuit that adjusts the error signal according to a soft start signal at the time of startup.

本発明によれば、共振リアクトルの励磁エネルギーが大きく平滑コンデンサの電圧を上昇させるようなエネルギーであっても、平滑コンデンサに電荷(エネルギー)が溜まるだけでなく同時にトランスを介して出力されるため、平滑コンデンサの電圧が抑えられ、昇圧コンバータの後段に設けた絶縁ハーフブリッジコンバータを50%デューティーで動作させても、スイッチング素子を高耐圧化する必要がなく、且つ平滑コンデンサを小型化することができるという効果を奏する。   According to the present invention, even if the excitation energy of the resonance reactor is large and the energy increases the voltage of the smoothing capacitor, not only the charge (energy) is accumulated in the smoothing capacitor but also output through the transformer at the same time. Even if the voltage of the smoothing capacitor is suppressed, and the isolated half-bridge converter provided in the subsequent stage of the boost converter is operated at 50% duty, it is not necessary to increase the breakdown voltage of the switching element, and the smoothing capacitor can be reduced in size. There is an effect.

本発明に係るスイッチング電源装置の第1の実施の形態の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of a switching power supply device according to the present invention. 図1に示す制御回路の詳細な構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a control circuit shown in FIG. 1. 図2に示す各部の信号波形及び動作波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the signal waveform and operation | movement waveform of each part shown in FIG. 図1に示す各部の信号波形及び動作波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the signal waveform and operation | movement waveform of each part shown in FIG. 本発明に係るスイッチング電源装置の第2の実施の形態における制御回路の詳細な構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the detailed structure of the control circuit in 2nd Embodiment of the switching power supply device which concerns on this invention. 図5に示す各部の信号波形及び動作波形を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing signal waveforms and operation waveforms of each unit shown in FIG. 5. 本発明に係るスイッチング電源装置の第2の実施の形態における軽負荷時の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit at the time of light load in 2nd Embodiment of the switching power supply device which concerns on this invention. 図5に示す制御回路を用いた場合の図1に示す各部の信号波形及び動作波形を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing signal waveforms and operation waveforms of each part shown in FIG. 1 when the control circuit shown in FIG. 5 is used. 図5に示す制御回路を用いた場合の図1に示す各部の信号波形及び動作波形を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing signal waveforms and operation waveforms of each part shown in FIG. 1 when the control circuit shown in FIG. 5 is used. 図5に示す制御回路を用いた場合の図1に示す各部の信号波形及び動作波形を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing signal waveforms and operation waveforms of each part shown in FIG. 1 when the control circuit shown in FIG. 5 is used. 図1に示す第1スイッチ素子のデューティーDと入出力ゲインVo/Vin特性を示すグラフである。3 is a graph showing duty D and input / output gain Vo / Vin characteristics of the first switch element shown in FIG. 1. 図1に示す第4スイッチ素子のデューティーD’と入出力ゲインVo/Vin特性を示すグラフである。6 is a graph showing duty D ′ and input / output gain Vo / Vin characteristics of the fourth switch element shown in FIG. 1. 本発明に係るスイッチング電源装置の第3の実施の形態における制御回路の詳細な構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the detailed structure of the control circuit in 3rd Embodiment of the switching power supply device which concerns on this invention.

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、各図において、同一の構成には、同一の符号を付して一部説明を省略している。   Next, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted.

(第1の実施の形態)
第1の実施の形態のスイッチング電源装置1は、図1を参照すると、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを直列に接続した第1アームを備えた昇圧コンバータと、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とを直列に接続した第2アームを備えた絶縁ハーフブリッジコンバータと、昇圧コンバータ及び絶縁ハーフブリッジコンバータを制御する制御回路10とを有している。
(First embodiment)
Referring to FIG. 1, the switching power supply device 1 of the first embodiment includes a boost converter including a first arm in which a switching element Q1 and a switching element Q2 are connected in series, a switching element Q3, and a switching element Q4. And an insulating half bridge converter having a second arm connected in series, and a control circuit 10 for controlling the boost converter and the insulating half bridge converter.

昇圧コンバータは、同期整流型の昇圧回路であり、リアクトルLr1と、主制御スイッチとして機能するスイッチング素子Q1と、副制御スイッチ(同期整流スイッチ)として機能するスイッチング素子Q2と、コンデンサC1と、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを交互にオンオフ制御する第1制御回路11とで構成されている。   The boost converter is a synchronous rectification type booster circuit, and includes a reactor Lr1, a switching element Q1 that functions as a main control switch, a switching element Q2 that functions as a sub-control switch (synchronous rectification switch), a capacitor C1, and a switching element. The first control circuit 11 is configured to alternately turn on and off Q1 and the switching element Q2.

直流電源Vinの両端には、リアクトルLr1と、スイッチング素子Q1とを直列に接続して構成された直列回路が接続されている。そして、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを直列に接続した第1アームの両端には、コンデンサC1が接続されている。   A series circuit configured by connecting a reactor Lr1 and a switching element Q1 in series is connected to both ends of the DC power supply Vin. And the capacitor | condenser C1 is connected to the both ends of the 1st arm which connected the switching element Q1 and the switching element Q2 in series.

絶縁ハーフブリッジコンバータは、主制御スイッチとして機能するスイッチング素子Q3と、副制御スイッチとして機能するスイッチング素子Q4と、コンデンサC2、C3と、トランスTと、ダイオードD1、D2と、リアクトルLr2、Lr3と、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とを交互にオンオフ制御する第2制御回路12とで構成されている。   The insulated half-bridge converter includes a switching element Q3 that functions as a main control switch, a switching element Q4 that functions as a sub-control switch, capacitors C2 and C3, a transformer T, diodes D1 and D2, reactors Lr2 and Lr3, The second control circuit 12 is configured to alternately turn on / off the switching element Q3 and the switching element Q4.

スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを直列に接続した第1アームの両端には、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とを直列に接続した第2アームが、コンデンサC1と並列に接続されている。なお、スイッチング素子Q2側にはスイッチング素子Q3が、スイッチング素子Q1側にはスイッチング素子Q4がそれぞれ接続されている。   A second arm in which the switching element Q3 and the switching element Q4 are connected in series is connected in parallel with the capacitor C1 at both ends of the first arm in which the switching element Q1 and the switching element Q2 are connected in series. The switching element Q3 is connected to the switching element Q2 side, and the switching element Q4 is connected to the switching element Q1 side.

スイッチング素子Q1〜Q4は、MOSFETからなる。スイッチング素子Q1〜Q4のドレイン―ソース間にはダイオードDa〜DdとコンデンサCa〜Cdとの並列回路が接続されている。なお、ダイオードDa〜Ddは還流ダイオードであってスイッチング素子Q1〜Q4の寄生ダイオードでも良い。また、コンデンサCa〜Cdは共振用コンデンサであってスイッチング素子Q1〜Q4の寄生コンデンサでも良い。   Switching elements Q1-Q4 are made of MOSFETs. A parallel circuit of diodes Da to Dd and capacitors Ca to Cd is connected between the drains and sources of the switching elements Q1 to Q4. The diodes Da to Dd are freewheeling diodes and may be parasitic diodes of the switching elements Q1 to Q4. The capacitors Ca to Cd are resonance capacitors and may be parasitic capacitors of the switching elements Q1 to Q4.

スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との接続点(第1アームの中点)と、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との接続点(第2アームの中点)との間には、コンデンサC2とリアクトルLr2とトランスTの一次巻線P1とを直列に接続して構成された直列回路が接続されている。なお、リアクトルLr2は、トランスTの一次巻線P1と二次巻線S1、S2との間のリーケージインダクタンス(漏れインダクタンス)でも良い。この構成により、主制御スイッチとして機能するスイッチング素子Q1、Q3がオフ期間でも、スイッチング素子スイッチQ2、Q4やダイオードDa、Dcを介して常に回生電流を流す経路を確保できるため、スイッチング素子Q1〜Q4がゼロ電圧スイッチング(ZVS)動作を行うことができる。   Between the connection point of the switching element Q1 and the switching element Q2 (midpoint of the first arm) and the connection point of the switching element Q3 and the switching element Q4 (midpoint of the second arm), the capacitor C2 and the reactor A series circuit configured by connecting Lr2 and the primary winding P1 of the transformer T in series is connected. Note that the reactor Lr2 may be a leakage inductance between the primary winding P1 of the transformer T and the secondary windings S1 and S2. With this configuration, even when the switching elements Q1 and Q3 functioning as the main control switch are in the off period, a path through which a regenerative current always flows can be secured through the switching element switches Q2 and Q4 and the diodes Da and Dc. Can perform zero voltage switching (ZVS) operation.

トランスTの二次巻線S1と二次巻線S2とは直列に接続され、二次巻線S1の一端はダイオードD1のアノードに接続され、二次巻線S2の一端はダイオードD2のアノードに接続されている。ダイオードD1、D2のカソードはリアクトルLr3の一端に接続され、リアクトルLr3の他端はコンデンサC3の一端に接続され、コンデンサC3の他端は、二次巻線S1と二次巻線S2との接続点に接続されている。そして、コンデンサC3の両端から出力電圧Voが出力される。ダイオードD1、D2、リアクトルLr3と、コンデンサC3とで整流平滑回路を構成している。   The secondary winding S1 and the secondary winding S2 of the transformer T are connected in series, one end of the secondary winding S1 is connected to the anode of the diode D1, and one end of the secondary winding S2 is connected to the anode of the diode D2. It is connected. The cathodes of the diodes D1 and D2 are connected to one end of the reactor Lr3, the other end of the reactor Lr3 is connected to one end of the capacitor C3, and the other end of the capacitor C3 is connected to the secondary winding S1 and the secondary winding S2. Connected to a point. An output voltage Vo is output from both ends of the capacitor C3. The diodes D1 and D2, the reactor Lr3, and the capacitor C3 constitute a rectifying and smoothing circuit.

制御回路10は、第1制御回路11と、第2制御回路12と、同期回路13とで構成されている。図2を参照すると、第1制御回路11は、誤差増幅器AMP1と、三角波発生器14と、コンパレータCMP1と、バッファ回路BUF1と、インバータINV1と、デッドタイム生成回路15aとで構成されている。また、第2制御回路12は、バッファ回路BUF2と、インバータINV2と、デッドタイム生成回路15bとで構成されている。   The control circuit 10 includes a first control circuit 11, a second control circuit 12, and a synchronization circuit 13. Referring to FIG. 2, the first control circuit 11 includes an error amplifier AMP1, a triangular wave generator 14, a comparator CMP1, a buffer circuit BUF1, an inverter INV1, and a dead time generation circuit 15a. The second control circuit 12 includes a buffer circuit BUF2, an inverter INV2, and a dead time generation circuit 15b.

同期回路13は、第1制御回路11の動作タイミングと第2制御回路12の動作タイミングとの同期を行なう回路であり、図3(a)に示す矩形波信号Tsqを第1制御回路11及び第2制御回路12に出力する。   The synchronization circuit 13 is a circuit that synchronizes the operation timing of the first control circuit 11 and the operation timing of the second control circuit 12, and converts the rectangular wave signal Tsq shown in FIG. 2 Output to the control circuit 12.

第1制御回路11において、誤差増幅器AMP1は、コンデンサC3からの出力電圧+Voと基準電圧Vref1との誤差電圧を増幅して、この誤差増幅信号EASをコンパレータCMP1の非反転入力端子(+)に出力する。   In the first control circuit 11, the error amplifier AMP1 amplifies the error voltage between the output voltage + Vo from the capacitor C3 and the reference voltage Vref1, and outputs this error amplification signal EAS to the non-inverting input terminal (+) of the comparator CMP1. To do.

三角波発生器14は、同期回路13からの矩形波信号Tsqに基づいて図3(b)に示すのこぎり波信号Triaを発生させ、のこぎり波信号TriaをコンパレータCMP1の反転入力端子(−)に出力する。のこぎり波信号Triaは、矩形波信号Tsqと同期した同一周期Tの信号である。   The triangular wave generator 14 generates the sawtooth wave signal Tria shown in FIG. 3B based on the rectangular wave signal Tsq from the synchronization circuit 13, and outputs the sawtooth wave signal Tria to the inverting input terminal (−) of the comparator CMP1. . The sawtooth wave signal Tria is a signal having the same period T synchronized with the rectangular wave signal Tsq.

コンパレータCMP1の入力CMP1inは、図3(c)に示すように、誤差増幅器AMP1から誤差増幅信号EASが入力されると共に、三角波発生器14からのこぎり波信号Triaが入力される。コンパレータCMP1は、誤差増幅信号EASがのこぎり波信号Tria以上であるとき、コンパレータCMP1からバッファ回路BUF1及びインバータINV1にHレベルが出力され、誤差増幅信号EASがのこぎり波信号Tria未満であるとき、コンパレータCMP1からバッファ回路BUF1及びインバータINV1にLレベルが出力される。   As shown in FIG. 3C, the error CMP signal EAS is input from the error amplifier AMP1 and the sawtooth wave signal Tria from the triangular wave generator 14 is input to the input CMP1in of the comparator CMP1. The comparator CMP1 outputs an H level from the comparator CMP1 to the buffer circuit BUF1 and the inverter INV1 when the error amplification signal EAS is equal to or higher than the sawtooth wave signal Tria. When the error amplification signal EAS is less than the sawtooth wave signal Tria, the comparator CMP1 Is output to the buffer circuit BUF1 and the inverter INV1.

バッファ回路BUF1は、コンパレータCMP1の出力をデッドタイム生成回路15aに出力する。インバータINV1は、コンパレータCMP1の出力を反転して、デッドタイム生成回路15aに出力する。デッドタイム生成回路15aは、バッファ回路BUF1及びインバータINV1からの信号の立ち上がりを所定時間(td)それぞれ遅延させる回路である。デッドタイム生成回路15aは、バッファ回路BUF1からの信号の立ち上がりを所定時間(td)遅延させ、図3(d)に示す、スイッチング素子Q1のゲートに印加するゲート信号Q1gを出力する。また、デッドタイム生成回路15aは、インバータINV1からの信号の立ち上がりを所定時間(td)遅延させ、図3(e)に示す、スイッチング素子Q2のゲートに印加するゲート信号Q2gを出力する。この構成により、出力電圧+Voに応じてスイッチング素子Q1のオン期間が制御され、昇圧コンバータにおいて、二次側に伝達するエネルギーが制御される。   The buffer circuit BUF1 outputs the output of the comparator CMP1 to the dead time generation circuit 15a. The inverter INV1 inverts the output of the comparator CMP1 and outputs it to the dead time generation circuit 15a. The dead time generation circuit 15a is a circuit that delays rising of signals from the buffer circuit BUF1 and the inverter INV1 by a predetermined time (td). The dead time generation circuit 15a delays the rise of the signal from the buffer circuit BUF1 by a predetermined time (td), and outputs a gate signal Q1g applied to the gate of the switching element Q1 shown in FIG. The dead time generation circuit 15a delays the rising of the signal from the inverter INV1 by a predetermined time (td), and outputs a gate signal Q2g applied to the gate of the switching element Q2 shown in FIG. With this configuration, the ON period of the switching element Q1 is controlled according to the output voltage + Vo, and the energy transmitted to the secondary side is controlled in the boost converter.

第2制御回路12において、バッファ回路BUF2は、同期回路13からの矩形波信号Tsqをデッドタイム生成回路15bに出力する。インバータINV1は、同期回路13からの矩形波信号Tsqを反転して、デッドタイム生成回路15bに出力する。デッドタイム生成回路15bは、バッファ回路BUF2及びインバータINV2からの信号の立ち上がりをデッドタイム生成回路15aと同様に所定時間(td)それぞれ遅延させる回路である。デッドタイム生成回路15bは、バッファ回路BUF2からの信号の立ち上がりを所定時間(td)遅延させ、図3(f)に示す、スイッチング素子Q3のゲートに印加するゲート信号Q3gを出力する。また、デッドタイム生成回路15bは、インバータINV2からの信号の立ち上がりを所定時間(td)遅延させ、図3(g)に示す、スイッチング素子Q4のゲートに印加するゲート信号Q4gを出力する。この構成により、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とは、矩形波信号Tsqによってオンオフされるため、スイッチング素子Q3のオン期間とスイッチング素子Q4のオン期間とが等しくなり、絶縁ハーフブリッジコンバータは、50%デューティーで駆動される。   In the second control circuit 12, the buffer circuit BUF2 outputs the rectangular wave signal Tsq from the synchronization circuit 13 to the dead time generation circuit 15b. The inverter INV1 inverts the rectangular wave signal Tsq from the synchronization circuit 13 and outputs it to the dead time generation circuit 15b. The dead time generation circuit 15b is a circuit that delays the rising edges of the signals from the buffer circuit BUF2 and the inverter INV2 by a predetermined time (td), like the dead time generation circuit 15a. The dead time generation circuit 15b delays the rise of the signal from the buffer circuit BUF2 by a predetermined time (td), and outputs a gate signal Q3g applied to the gate of the switching element Q3 shown in FIG. The dead time generation circuit 15b delays the rise of the signal from the inverter INV2 by a predetermined time (td) and outputs a gate signal Q4g to be applied to the gate of the switching element Q4 shown in FIG. With this configuration, the switching element Q3 and the switching element Q4 are turned on and off by the rectangular wave signal Tsq, so the on period of the switching element Q3 and the on period of the switching element Q4 are equal, and the insulation half-bridge converter is 50% Driven by duty.

この構成により、矩形波信号Tsqの立ち上がりで、ゲート信号Q2gが立ち下がると共に、のこぎり波信号Triaが急降下して誤差増幅信号EAS以下となって、ゲート信号Q4gが立ち下がる。これにより、スイッチング素子Q2のゲート信号Q2gの立ち下がりエッジ(ターンオフ)と、スイッチング素子Q4のゲート信号Q4gの立ち下がりエッジ(ターンオフ)とが同期する。また、矩形波信号Tsqの立ち上がりから所定時間(td)後に、ゲート信号Q1gが立ち上がると共に、のこぎり波信号Triaが急降下して誤差増幅信号EAS以下となって所定時間(td)後に、ゲート信号Q3gが立ち下がる。これにより、スイッチング素子Q1のゲート信号Q1gの立ち上がりエッジ(ターンオン)と、スイッチング素子Q3のゲート信号Q3gの立ち上がりエッジ(ターンオン)とが同期する。   With this configuration, the gate signal Q2g falls at the rising edge of the rectangular wave signal Tsq, and the sawtooth wave signal Tria suddenly falls below the error amplification signal EAS, and the gate signal Q4g falls. Thereby, the falling edge (turn-off) of the gate signal Q2g of the switching element Q2 and the falling edge (turn-off) of the gate signal Q4g of the switching element Q4 are synchronized. Further, the gate signal Q1g rises after a predetermined time (td) from the rising of the rectangular wave signal Tsq, and the sawtooth wave signal Tria suddenly drops and becomes equal to or less than the error amplification signal EAS. After a predetermined time (td), the gate signal Q3g Fall down. Thereby, the rising edge (turn-on) of the gate signal Q1g of the switching element Q1 and the rising edge (turn-on) of the gate signal Q3g of the switching element Q3 are synchronized.

次に、第1の実施の形態のスイッチング電源装置1の動作について図4を参照して詳細に説明する
図4は、図1に示す各部の信号波形及び動作波形を示したもので、(a)はスイッチング素子Q1を流れる電流Id1、(b)はスイッチング素子Q1のドレインソース間電圧Vds1、(c)はスイッチング素子Q2を流れる電流Id2、(d)はスイッチング素子Q2のドレインソース間電圧Vds2、(e)はスイッチング素子Q3を流れる電流Id3、(f)はスイッチング素子Q3のドレインソース間電圧Vds3、(g)はスイッチング素子Q4を流れる電流Id4、(h)はスイッチング素子Q4のドレインソース間電圧Vds4、(i)はダイオードD1、D2を流れるそれぞれの電流Ia1、Ia2をそれぞれ示している。なお、図4では、ダイオードDa〜Ddをスイッチング素子Q1〜Q4の寄生ダイオードとし、ダイオードDa〜Ddに流れる電流もスイッチング素子Q1〜Q4を流れる電流Id1〜Id4として示されている。
Next, the operation of the switching power supply device 1 according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIG. 4. FIG. 4 shows signal waveforms and operation waveforms of each part shown in FIG. ) Is a current Id1 flowing through the switching element Q1, (b) is a drain-source voltage Vds1 of the switching element Q1, (c) is a current Id2 flowing through the switching element Q2, and (d) is a drain-source voltage Vds2 of the switching element Q2. (E) is a current Id3 flowing through the switching element Q3, (f) is a drain-source voltage Vds3 of the switching element Q3, (g) is a current Id4 flowing through the switching element Q4, and (h) is a drain-source voltage of the switching element Q4. Vds4 and (i) indicate currents Ia1 and Ia2 flowing through the diodes D1 and D2, respectively. In FIG. 4, the diodes Da to Dd are parasitic diodes of the switching elements Q1 to Q4, and the currents flowing through the diodes Da to Dd are also shown as currents Id1 to Id4 flowing through the switching elements Q1 to Q4.

図4に示す期間t1は、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q3とがオン期間で、スイッチング素子Q2とスイッチング素子Q4とがオフ期間である。
期間t1では、スイッチング素子Q1のオン期間により、直流電源VinからリアクトルLr1を介して、スイッチング素子Q1に電流が流れ、リアクトルLr1が励磁される。スイッチング素子Q3のオン期間により、コンデンサC1から、コンデンサC1→スイッチング素子Q3→トランスTの一次巻線P1→リアクトルLr2→コンデンサC2→スイッチング素子Q1→コンデンサC1の経路で電流1d3が流れ、リアクトルLr2がこの向きに励磁される。従って、スイッチング素子Q1を流れる電流Id1は、リアクトルLr1の励磁電流と、スイッチング素子Q3の電流Id3との合計電流となる。
In the period t1 shown in FIG. 4, the switching element Q1 and the switching element Q3 are on periods, and the switching element Q2 and the switching element Q4 are off periods.
In the period t1, due to the ON period of the switching element Q1, a current flows from the DC power source Vin through the reactor Lr1 to the switching element Q1, and the reactor Lr1 is excited. Due to the ON period of the switching element Q3, the current 1d3 flows from the capacitor C1 through the path of the capacitor C1, the switching element Q3, the primary winding P1 of the transformer T, the reactor Lr2, the capacitor C2, the switching element Q1, and the capacitor C1, and the reactor Lr2 Excited in this direction. Therefore, the current Id1 flowing through the switching element Q1 is a total current of the exciting current of the reactor Lr1 and the current Id3 of the switching element Q3.

次に、スイッチング素子Q3がオン期間中に、スイッチング素子Q1がターンオフされ、スイッチング素子Q2がターンオンされるまでのデッドタイム(td)では、リアクトルLr1とリアクトルLr2の放電エネルギーが、スイッチング素子Q2のコンデンサCbの電荷を引き抜き始める。これにより、直流電源Vin→リアクトルLr1→スイッチング素子Q2のコンデンサCb→コンデンサC1→直流電源Vinの経路で電流が流れる。また、リアクトルLr2→コンデンサC2→スイッチング素子Q2のコンデンサCb→スイッチング素子Q3→トランスTの一次巻き線P1→リアクトルLr2の経路でも電流1d3が流れる。そして、スイッチング素子Q2のコンデンサCbの電荷が引き抜かれ、これが負電位になり、スイッチング素子Q2のダイオードDbの順方向電圧に達すると、直流電源Vin→リアクトルLr1→スイッチング素子Q2のダイオードDb→コンデンサC1→直流電源Vinの経路で電流が流れる。また、リアクトルLr2→コンデンサC2→スイッチング素子Q2のダイオードDb→スイッチング素子Q3→トランスTの一次巻き線P1→リアクトルLr2の経路でも電流1d3が流れる。   Next, during the dead time (td) until the switching element Q1 is turned off and the switching element Q2 is turned on while the switching element Q3 is on, the discharge energy of the reactor Lr1 and the reactor Lr2 is changed to the capacitor of the switching element Q2. Begins extracting the charge of Cb. As a result, a current flows through the path of DC power supply Vin → reactor Lr1 → capacitor Cb of switching element Q2 → capacitor C1 → DC power supply Vin. The current 1d3 also flows through the path of the reactor Lr2, the capacitor C2, the capacitor Cb of the switching element Q2, the switching element Q3, the primary winding P1 of the transformer T, and the reactor Lr2. Then, when the electric charge of the capacitor Cb of the switching element Q2 is extracted and becomes a negative potential and reaches the forward voltage of the diode Db of the switching element Q2, the DC power source Vin → the reactor Lr1 → the diode Db of the switching element Q2 → the capacitor C1. → Current flows through the path of the DC power supply Vin. The current 1d3 also flows through the path of the reactor Lr2, the capacitor C2, the diode Db of the switching element Q2, the switching element Q3, the primary winding P1 of the transformer T, and the reactor Lr2.

これにより、スイッチング素子Q2のターンオン時には、スイッチング素子Q2のドレインソース間電圧Vds2が立ち下がり、スイッチング素子Q2のゼロ電圧スイッチング(ZVS)を実現することができる。   Thereby, when the switching element Q2 is turned on, the drain-source voltage Vds2 of the switching element Q2 falls, and zero voltage switching (ZVS) of the switching element Q2 can be realized.

図4に示す期間t2は、スイッチング素子Q2とスイッチング素子Q3とがオン期間で、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q4とがオフ期間である。
期間t2では、期間t1でリアクトルLr1に蓄積されたエネルギーが、リアクトルLr1→スイッチング素子Q2→コンデンサC1→直流電源Vin→リアクトルLr1の経路で放出され、コンデンサC1を充電する。同時に、コンデンサC1と並列になるスイッチング素子Q3→トランスTの一次巻線P1→リアクトルLr2→コンデンサC2→スイッチング素子Q2の経路にも電流が流れ、2次側にエネルギーを伝達する。
In a period t2 shown in FIG. 4, the switching element Q2 and the switching element Q3 are on periods, and the switching element Q1 and the switching element Q4 are off periods.
In the period t2, the energy accumulated in the reactor Lr1 in the period t1 is released through the path of the reactor Lr1, the switching element Q2, the capacitor C1, the DC power source Vin, and the reactor Lr1, and charges the capacitor C1. At the same time, current also flows through the path of the switching element Q3 in parallel with the capacitor C1, the primary winding P1 of the transformer T, the reactor Lr2, the capacitor C2, and the switching element Q2, and transmits energy to the secondary side.

次に、スイッチング素子Q2がオン期間中に、スイッチング素子Q3がターンオフされ、スイッチング素子Q4がターンオンされるまでのデッドタイム(td)では、リアクトルLr2の放電エネルギーによって、リアクトルLr2→コンデンサC2→スイッチング素子Q2→コンデンサC1→スイッチング素子Q4のコンデンサCd→トランスTの一次巻線P1→リアクトルLr2の経路で電流が流れ、スイッチング素子Q4のコンデンサCdの電荷を引き抜き始める。そして、スイッチング素子Q4のコンデンサCdの電荷が引き抜かれ、これが負電位になり、スイッチング素子Q4のダイオードDdの順方向電圧に達すると、リアクトルLr2→コンデンサC2→スイッチング素子Q2→コンデンサC1→スイッチング素子Q4のダイオードDb→トランスTの一次巻き線P1→リアクトルLr2の経路で電流1d4が流れる。なお、リアクトルLr1に蓄積されたエネルギーによるコンデンサC1の充電は継続されている。   Next, during the dead time (td) until the switching element Q3 is turned off and the switching element Q4 is turned on while the switching element Q2 is on, the reactor Lr2 → the capacitor C2 → the switching element due to the discharge energy of the reactor Lr2. A current flows through a path of Q2 → capacitor C1 → capacitor Cd of the switching element Q4 → primary winding P1 of the transformer T → reactor Lr2, and starts to extract the charge of the capacitor Cd of the switching element Q4. Then, when the charge of the capacitor Cd of the switching element Q4 is extracted and becomes a negative potential and reaches the forward voltage of the diode Dd of the switching element Q4, the reactor Lr2, the capacitor C2, the switching element Q2, the capacitor C1, and the switching element Q4. Current 1d4 flows through the path of the diode Db → the primary winding P1 of the transformer T → the reactor Lr2. Note that charging of the capacitor C1 by the energy accumulated in the reactor Lr1 is continued.

これにより、スイッチング素子Q4のターンオン時には、スイッチング素子Q4のドレインソース間電圧Vds4が立ち下がり、スイッチング素子Q4のゼロ電圧スイッチング(ZVS)を実現することができる。   Thereby, when the switching element Q4 is turned on, the drain-source voltage Vds4 of the switching element Q4 falls, and zero voltage switching (ZVS) of the switching element Q4 can be realized.

図4に示す期間t3、期間t4は、スイッチング素子Q2とスイッチング素子Q4とがオン期間で、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q3とがオフ期間である。
期間t3では、スイッチング素子Q3がオフ期間、スイッチング素子Q4がオン期間になるので、トランスTの一次巻線P1に流れる電流が、トランスTの一次巻線P1→リアクトルLr2→コンデンサC2→スイッチング素子Q2→コンデンサC1→スイッチング素子Q4→トランスTの一次巻線P1の経路に変わる。この電流は、トランスTの一次巻線P1、リアクトルLr2、コンデンサC2の共振動作により減少し、やがて反転して期間t4になる。
In the period t3 and the period t4 shown in FIG. 4, the switching element Q2 and the switching element Q4 are on periods, and the switching element Q1 and the switching element Q3 are off periods.
In the period t3, the switching element Q3 is in the off period and the switching element Q4 is in the on period, so that the current flowing through the primary winding P1 of the transformer T is the primary winding P1 of the transformer T → reactor Lr2 → capacitor C2 → switching element Q2. → Capacitor C1 → Switching element Q4 → Change to the path of the primary winding P1 of the transformer T. This current decreases due to the resonance operation of the primary winding P1, the reactor Lr2, and the capacitor C2 of the transformer T, and then inverts until the period t4.

期間t4では、トランスTの一次巻線P1→スイッチング素子Q4→コンデンサC1→スイッチング素子Q2→コンデンサC2→リアクトルLr2→トランスTの一次巻線P1の経路で電流が流れ、トランスTの二次側にエネルギーが伝達される。このときコンデンサC1は放電モードになるので、コンデンサC1が高い電圧になることはない。   In the period t4, a current flows through the path of the primary winding P1 of the transformer T → the switching element Q4 → the capacitor C1 → the switching element Q2 → the capacitor C2 → the reactor Lr2 → the primary winding P1 of the transformer T, and the secondary side of the transformer T Energy is transmitted. At this time, since the capacitor C1 is in the discharge mode, the capacitor C1 does not become a high voltage.

次に、スイッチング素子Q2とスイッチング素子Q4がターンオフされ、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q3とがターンオンされるまでのデッドタイム(td)では、リアクトルLr2の放電エネルギーによって、リアクトルLr2→トランスTの一次巻線P1→スイッチング素子Q3のコンデンサCc→コンデンサC1→スイッチング素子Q1のコンデンサCa→コンデンサC2→リアクトルLr2の経路で電流が流れ、スイッチング素子Q1のコンデンサCaの電荷とスイッチング素子Q3のコンデンサCcの電荷とを引き抜き始める。そして、スイッチング素子Q1のコンデンサCaの電荷とスイッチング素子Q3のコンデンサCcの電荷とが引き抜かれ、これが負電位になり、スイッチング素子Q1のダイオードDa及びスイッチング素子Q3のダイオードDcの順方向電圧に達すると、リアクトルLr2→トランスTの一次巻線P1→スイッチング素子Q3のダイオードDc→コンデンサC1→スイッチング素子Q1のダイオードDa→コンデンサC2→リアクトルLr2の経路で電流が流れる。   Next, in the dead time (td) until the switching element Q2 and the switching element Q4 are turned off and the switching element Q1 and the switching element Q3 are turned on, the primary winding of the reactor Lr2 → the transformer T due to the discharge energy of the reactor Lr2. A current flows through the path of line P1 → capacitor Cc of switching element Q3 → capacitor C1 → capacitor Ca of switching element Q1 → capacitor C2 → reactor Lr2, and the charge of capacitor Ca of switching element Q1 and the charge of capacitor Cc of switching element Q3 Start pulling out. Then, when the charge of the capacitor Ca of the switching element Q1 and the charge of the capacitor Cc of the switching element Q3 are pulled out and become negative potential, the forward voltage of the diode Da of the switching element Q1 and the diode Dc of the switching element Q3 is reached. Current flows in the path of reactor Lr2 → primary winding P1 of transformer T → diode Dc of switching element Q3 → capacitor C1 → diode Da of switching element Q1 → capacitor C2 → reactor Lr2.

これにより、スイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q3のターンオン時には、スイッチング素子Q1のドレインソース間電圧Vds1とスイッチング素子Q3のドレインソース間電圧Vds3とが立ち下がり、スイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q3のゼロ電圧スイッチング(ZVS)を実現することができる。   Thereby, when the switching element Q1 and the switching element Q3 are turned on, the drain-source voltage Vds1 of the switching element Q1 and the drain-source voltage Vds3 of the switching element Q3 fall, and zero voltage switching of the switching element Q1 and the switching element Q3 ( ZVS) can be realized.

スイッチング素子Q1がオン期間である期間t1と、スイッチング素子Q2がオン期間である期間t2+期間t3+期間t4とは、昇圧コンバータのオンデューティとオフデューティとになり、可変デューティーで駆動される。すなわち、出力電圧+Voに基づいてオンデューティである期間t1を制御することで二次側に伝達するエネルギーが制御され、出力電圧+Voが制御される。また、スイッチング素子Q3がオン期間である期間t1+期間t2と、スイッチング素子Q4がオン期間である期間t3+期間t4とは、絶縁ハーフブリッジコンバータのオンデューティとオフデューティとになり、50%デューティー、すなわち同じ時間で駆動される。このため、トランスTの利用率が高く高効率な変換が可能となる。また、50%デューティーなので、コンデンサC2が直流充電されることがなく、電圧を有効にトランスTの一次巻線P1に供給することができる。   The period t1 in which the switching element Q1 is on and the period t2 + period t3 + period t4 in which the switching element Q2 is on are the on-duty and off-duty of the boost converter and are driven with a variable duty. That is, the energy transmitted to the secondary side is controlled by controlling the on-duty period t1 based on the output voltage + Vo, and the output voltage + Vo is controlled. In addition, the period t1 + period t2 in which the switching element Q3 is on and the period t3 + period t4 in which the switching element Q4 is on are the on-duty and off-duty of the insulated half-bridge converter, that is, 50% duty, Driven at the same time. For this reason, the utilization factor of the transformer T is high, and highly efficient conversion becomes possible. Further, since the duty is 50%, the capacitor C2 is not DC-charged, and the voltage can be effectively supplied to the primary winding P1 of the transformer T.

また、重負荷ほどコンデンサC2のチャージ量が増え、リアクトルLr2の電圧降下も増える分、コンデンサC1の電圧は高くなる傾向であるが、重負荷−軽負荷のようなダイナミックの場合、スイッチング素子Q1はデューティーが絞られ、同期スイッチであるスイッチング素子Q2のデューティーは拡がって入力側にコンデンサC1の電荷が回生される。すなわち、コンデンサC1の電圧を入力とする降圧チョッパになって、直ちにスイッチング素子C1の電荷を下げて出力電圧が維持される。   The heavier load increases the charge amount of the capacitor C2 and the voltage drop of the reactor Lr2 also increases. The voltage of the capacitor C1 tends to increase. However, in the case of dynamic such as heavy load-light load, the switching element Q1 The duty is reduced, the duty of the switching element Q2 that is a synchronous switch is increased, and the charge of the capacitor C1 is regenerated on the input side. That is, it becomes a step-down chopper that receives the voltage of the capacitor C1, and immediately reduces the charge of the switching element C1 to maintain the output voltage.

さらに、小パワー出力では、リアクトルLr1の励磁エネルギーも小さく、コンデンサC1の電圧は上昇しない。そして、大パワー出力でも、リアクトルLr1の励磁エネルギーが大きくコンデンサC1の電圧を上昇させるようなエネルギーであっても、コンデンサC1に電荷(エネルギー)が溜まるだけでなく同時にトランスTを介して出力されるため、コンデンサC1の電圧が抑えられる。従って、コンデンサC1は入力の高低、負荷の軽重によってもほぼ一定の変動の小さい電圧になる。そしてコンデンサC1の電圧変動が小さいので2次側スイッチであるダイオードD1、D2も常にほぼ一定の電圧が掛るため低耐圧の導通損失の少ないスイッチを選択することができる。   Furthermore, at a small power output, the excitation energy of reactor Lr1 is also small, and the voltage of capacitor C1 does not increase. Even if the power output is large or the excitation energy of the reactor Lr1 is large enough to increase the voltage of the capacitor C1, not only the charge (energy) is accumulated in the capacitor C1, but also output through the transformer T at the same time. Therefore, the voltage of the capacitor C1 is suppressed. Accordingly, the capacitor C1 has a voltage with a small and substantially constant fluctuation depending on the input level and the load weight. Since the voltage fluctuation of the capacitor C1 is small, the diodes D1 and D2 as the secondary side switches are always applied with a substantially constant voltage, so that a switch with a low withstand voltage and a small conduction loss can be selected.

なお、第1の実施の形態では、第1制御回路11において、出力電圧+Voに応じてスイッチング素子Q1のオン期間が制御するように構成しているが、スイッチング素子Q1に流れる電流Id1を検出する電流検出抵抗を設け、電流Id1に応じてスイッチング素子Q1のオン期間が制御するようにしても良い。   In the first embodiment, the first control circuit 11 is configured to control the ON period of the switching element Q1 according to the output voltage + Vo. However, the current Id1 flowing through the switching element Q1 is detected. A current detection resistor may be provided so that the ON period of the switching element Q1 is controlled according to the current Id1.

以上説明したように、第1の実施の形態は、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを直列に接続して構成された第1アームと、一方端が直流入力端子(直流電源Vin)に接続され、他方端が第1アームの中点に接続されたリアクトルLr1と、第1アームに並列に接続されたコンデンサC1と、第1アームに並列に接続され、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とを直列に接続して構成された第2アームと、第1アームの中点と第2アームの中点との間に接続され、コンデンサC2とリアクトルLr2とトランスTの1次巻線P1とを直列に接続して構成された直列回路と、トランスTの2次巻線S1、S2に接続され、2次巻線線S1、S2に発生する電圧を整流平滑して直流出力を取り出す整流平滑回路(ダイオードD1、D2、リアクトルLr3、コンデンサC3)と、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを可変デューティーで交互にオンオフさせ、直流出力を制御する第1制御回路11と、第3スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とを50%デューティーで交互にオンオフさせる第2制御回路12と、スイッチング素子Q1のターンオンとスイッチング素子Q3のターンオンとを同期させると共に、スイッチング素子Q2のターンオフとスイッチング素子Q4のターンオフとを同期させる同期回路13とを備えている。
この構成により、大パワー出力で、リアクトルLr1の励磁エネルギーが大きくコンデンサC1の電圧を上昇させるようなエネルギーであっても、コンデンサC1に電荷(エネルギー)が溜まるだけでなく同時にトランスTを介して出力されるため、コンデンサC1の電圧が抑えられる。すなわち、コンデンサC1は平滑コンデンサとしての機能以外にクランプコンデンサとしての機能も併せ持つことになる。従って、コンデンサC1は入力の高低、負荷の軽重によってもほぼ一定の変動の小さい電圧になり、コンデンサC1を小型化することができ、数十nF〜数uFのものを用いることができると共に、スイッチング素子Q1〜Q4の低耐圧化を実現することができる。このため、変動の大きい直流電源を入力とする電源、大容量の電源に最適である。
As described above, in the first embodiment, the first arm configured by connecting the switching element Q1 and the switching element Q2 in series, and one end thereof is connected to the DC input terminal (DC power supply Vin). The other end of the reactor Lr1 is connected to the midpoint of the first arm, the capacitor C1 is connected in parallel to the first arm, and the switching element Q3 and switching element Q4 are connected in series to the first arm. A second arm configured to be connected to the center, and a middle point of the first arm and a middle point of the second arm, and a capacitor C2, a reactor Lr2, and a primary winding P1 of the transformer T connected in series. A series circuit constructed by connecting, and a rectifying and smoothing circuit (diode) connected to the secondary windings S1 and S2 of the transformer T and rectifying and smoothing the voltage generated in the secondary windings S1 and S2 to extract a DC output D1, D2, reactor Lr3, capacitor C3), switching element Q1 and switching element Q2 are alternately turned on and off at a variable duty, and the first control circuit 11 for controlling the DC output, the third switching element Q3 and the switching element The second control circuit 12 that alternately turns on and off Q4 at a 50% duty, synchronizes the turn-on of the switching element Q1 and the turn-on of the switching element Q3, and synchronizes the turn-off of the switching element Q2 and the turn-off of the switching element Q4. And a synchronizing circuit 13.
With this configuration, even if the excitation power of the reactor Lr1 is large and the energy of the capacitor C1 is increased, the capacitor C1 not only accumulates charges (energy) but also outputs via the transformer T at the same time. Therefore, the voltage of the capacitor C1 is suppressed. That is, the capacitor C1 has a function as a clamp capacitor in addition to a function as a smoothing capacitor. Accordingly, the capacitor C1 has a voltage with almost constant fluctuations depending on the level of input and the weight of the load, so that the capacitor C1 can be reduced in size and can be several tens of nF to several uF. The breakdown voltage of the elements Q1 to Q4 can be reduced. For this reason, it is optimal for a power source that uses a DC power source with a large fluctuation as an input and a large capacity power source.

さらに、第1の実施の形態において、共振リアクトルLr2はトランスTの漏れインダクタンスで構成されている。   Furthermore, in the first embodiment, the resonant reactor Lr2 is configured by the leakage inductance of the transformer T.

さらに、第1の実施の形態において、第1制御回路11は、リアクトルLr2の放電エネルギーによってスイッチング素子Q1もしくはスイッチング素子Q2の端子間電圧を立ち下げるデッドタイムを設けてスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを交互にオンオフさせ、第2制御回路12は、リアクトルLr2の放電エネルギーによってスイッチング素子Q3もしくはスイッチング素子Q4の端子間電圧を立ち下げるデッドタイムを設けてスイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とを交互にオンオフさせる。
この構成により、スイッチング素子Q1〜Q4をゼロ電圧スイッチング(ZVS)動作させることができる。
Furthermore, in the first embodiment, the first control circuit 11 provides a dead time for lowering the voltage across the switching element Q1 or the switching element Q2 by the discharge energy of the reactor Lr2, so that the switching element Q1 and the switching element Q2 Are alternately turned on and off, and the second control circuit 12 alternately turns on and off the switching elements Q3 and Q4 by providing a dead time for dropping the voltage across the switching element Q3 or the switching element Q4 by the discharge energy of the reactor Lr2. Let
With this configuration, the switching elements Q1 to Q4 can be operated with zero voltage switching (ZVS).

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態のスイッチング電源装置は、図1に示す昇圧コンバータ(スイッチング素子Q1、Q2)と絶縁ハーフブリッジコンバータ(スイッチング素子Q3、Q4)とを図5に示す制御回路10aによって制御する。
(Second Embodiment)
The switching power supply according to the second embodiment controls the boost converter (switching elements Q1, Q2) and the insulated half-bridge converter (switching elements Q3, Q4) shown in FIG. 1 by a control circuit 10a shown in FIG.

制御回路10aは、図5を参照すると、第1制御回路11aと、第2制御回路12aと、同期回路13aと、誤差増幅器AMP1とで構成されている。第1制御回路11aは、コンパレータCMP1と、インバータINV1と、アンド回路AND1、AND2と、デッドタイム生成回路15aとで構成されている。第2制御回路12aは、コンパレータCMP1と、インバータINV2と、アンド回路AND3と、デッドタイム生成回路15bとで構成されている。同期回路13aは、発振器16aと、同期発振器16bと、D型のフリップフロップFF1、T型のフリップフロップFF2と、アンド回路AND4と、ナンド回路NAND1と、第1三角波発生器14aと、第2三角波発生器14bとで構成されている。なお、図5に示す制御回路10aの構成は、説明を簡単にするための回路構成であって、類似機能を以って実現しようとする場合も含まれる。   Referring to FIG. 5, the control circuit 10a includes a first control circuit 11a, a second control circuit 12a, a synchronization circuit 13a, and an error amplifier AMP1. The first control circuit 11a includes a comparator CMP1, an inverter INV1, AND circuits AND1 and AND2, and a dead time generation circuit 15a. The second control circuit 12a includes a comparator CMP1, an inverter INV2, an AND circuit AND3, and a dead time generation circuit 15b. The synchronous circuit 13a includes an oscillator 16a, a synchronous oscillator 16b, a D flip-flop FF1, a T flip-flop FF2, an AND circuit AND4, a NAND circuit NAND1, a first triangular wave generator 14a, and a second triangular wave. And the generator 14b. The configuration of the control circuit 10a shown in FIG. 5 is a circuit configuration for simplifying the description, and includes a case where the control circuit 10a is to be realized with a similar function.

図6(a)は発振器16aの出力波形である。発振器16aは周波数fのパルスを出力する。発振器16aからのパルス出力は、フリップフロップFF1のCK端子と、フリップフロップFF1のT端子と、第2三角波発生器14bとに入力される。
図6(b)はフリップフロップFF1の出力Qの波形FF1outである。フリップフロップFF1の反転出力Qは、自身のD端子に入力され、フリップフロップFF1は発振器16aの立ち上りエッジにより1/2周波数の矩形波を生成する。フリップフロップFF1の出力Qは、アンド回路AND4と、ナンド回路NAND1との一方の入力端子にそれぞれ入力される。
図6(c)はフリップフロップFF2の出力Qの波形FF2outである。フリップフロップFF2は発振器16aの立下りエッジにより1/2周波数の矩形波を生成する。フリップフロップFF2の出力Qは、アンド回路AND4と、ナンド回路NAND1との他方の入力端子にそれぞれ入力されると共に、第2制御回路12aにおけるアンド回路AND3の一方の入力端子に入力される。
図6(d)はアンド回路AND4の出力AND4outである。発振器16aの出力はある程度のパルス幅を持っているため、フリップフロップFF1の出力Qの立ち上りエッジとフリップフロップFF2の出力Qの立下りエッジとの期間、またはFF1の出力Qの立下りエッジとFF2の出力Qの立ち上りエッジとの期間は、発振器16aのパルス幅と同じ幅を持っている。これによりアンド回路AND4の出力AND4outは発振器16aに同期しながらもf/2周波数の発振器となる。アンド回路AND4の出力AND4outは、同期発振器16bに入力される。
図6(e)はナンド回路NAND1の出力NAND1outである。ナンド回路NAND1の出力NAND1outは、アンド回路AND4の出力AND4outの反転した信号となる。ナンド回路NAND1の出力NAND1outは、第1制御回路11aにおけるアンド回路AND1とアンド回路AND2との一方の入力端子にそれぞれ入力される。
図6(f)はコンパレータCMP1の入力CMP1inであり、第1三角波発生器14aから出力される第1のこぎり波Tria1と、誤差増幅器AMP1からの誤差増幅信号EASとが入力される。第1のこぎり波Tria1は、アンド回路AND4の出力AND4outをトリガとして同期発振器16bと第1三角波発生器14aによって、電圧VbからVc(Vb<Vc)を振幅とする三角波(のこぎり波)として生成される。第1のこぎり波Tria1は、第1制御回路11aにおけるコンパレータCMP1の反転入力端子(−)に入力される。
図6(g)はコンパレータCMP1の入力CMP2inであり、第2三角波発生器14bから出力される第2のこぎり波Tria2と、誤差増幅器AMP1からの誤差増幅信号EASとが入力される。第2のこぎり波Tria2は、発振器16aの出力により電圧VaからVb(Va<Vb)を振幅とする三角波(のこぎり波)として生成される。第2のこぎり波Tria2は、第2制御回路12aにおけるコンパレータCMP2の反転入力端子(−)に入力される。なお、第1のこぎり波Tria1と、第2のこぎり波Tria2とは同期しており、第1のこぎり波Tria1の周期は、第2のこぎり波Tria2の2倍に設定される。
図6(h)はコンパレータCMP1の出力CMP1outである。誤差増幅器AMP1は、コンデンサC3からの出力電圧+Voと基準電圧Vref1との誤差電圧を増幅して、この誤差増幅信号EASを第1制御回路11aにおけるコンパレータCMP1の非反転入力端子(+)と、第2制御回路12aにおけるコンパレータCMP2の非反転入力端子(+)とに出力する。コンパレータCMP1は、第1のこぎり波Tria1と誤差増幅信号EASとを比較し、誤差増幅信号EASが第1のこぎり波Tria1よりも大きい時、出力CMP1outはHi電圧を出力する。コンパレータCMP1の出力CMP1outは、アンド回路AND1の他方の入力端子に入力されると共に、インバータINV1を介してアンド回路AND2の他方の入力端子に入力される。
図6(i)はコンパレータCMP2の出力CMP2outである。コンパレータCMP2は、第2のこぎり波Tria2と誤差増幅信号EASとを比較し、誤差増幅信号EASが第2のこぎり波Tria2よりも大きい時、出力CMP2outはHi電圧を出力する。コンパレータCMP2の出力CMP2outは、アンド回路AND3の他方の入力端子に入力されると共に、インバータINV1を介してデットタイム生成回路15bに入力される。
図6(j)はスイッチ素子Q1の制御信号Q1gである。制御信号Q1gは、ナンド回路NAND1の出力NAND1outとコンパレータCMP1の出力CMP1outとの論理積をデッドタイム生成器15aによって所定時間(td)遅延させて得られる。
図6(k)はスイッチ素子Q2の制御信号Q2gである。制御信号Q2gは、ナンド回路NAND1の出力NAND1outとインバータINV1の出力INV1outとの論理積をデッドタイム生成器15aによって所定時間(td)遅延させて得られる。
図6(l)はスイッチ素子Q3の制御信号Q3gである。制御信号Q3gは、コンパレータCMP2の出力CMP2outを反転させたインバータINV2の出力をデッドタイム生成器15bによって所定時間(td)遅延させて得られる。
図6(m)はスイッチ素子Q4の制御信号Q4gである。制御信号Q4gは、フリップフロップFF2の出力Q(波形FF2out)とコンパレータCMP2の出力CMP1outとの論理積をデッドタイム生成器15bによって所定時間(td)遅延させて得られる。これによって制御信号Q1gの立ち上りと制御信号Q3gの立ち上りとが同期すると共に、制御信号Q2gの立ち下りと制御信号Q4gの立ち下りとが同期する。
FIG. 6A shows an output waveform of the oscillator 16a. The oscillator 16a outputs a pulse having a frequency f. The pulse output from the oscillator 16a is input to the CK terminal of the flip-flop FF1, the T terminal of the flip-flop FF1, and the second triangular wave generator 14b.
FIG. 6B shows a waveform FF1out of the output Q of the flip-flop FF1. Inverting output Q of the flip-flop FF1 - is input to its D terminal, the flip-flop FF1 by the rising edge of the oscillator 16a generates a square wave of half the frequency. The output Q of the flip-flop FF1 is input to one input terminal of the AND circuit AND4 and the NAND circuit NAND1.
FIG. 6C shows a waveform FF2out of the output Q of the flip-flop FF2. The flip-flop FF2 generates a ½ frequency rectangular wave at the falling edge of the oscillator 16a. The output Q of the flip-flop FF2 is input to the other input terminals of the AND circuit AND4 and the NAND circuit NAND1, and is also input to one input terminal of the AND circuit AND3 in the second control circuit 12a.
FIG. 6D shows the output AND4out of the AND circuit AND4. Since the output of the oscillator 16a has a certain pulse width, the period between the rising edge of the output Q of the flip-flop FF1 and the falling edge of the output Q of the flip-flop FF2, or the falling edge of the output Q of the FF1 and FF2 The period from the rising edge of the output Q has the same width as the pulse width of the oscillator 16a. As a result, the output AND4out of the AND circuit AND4 becomes an oscillator of f / 2 frequency while being synchronized with the oscillator 16a. The output AND4out of the AND circuit AND4 is input to the synchronous oscillator 16b.
FIG. 6E shows the output NAND1out of the NAND circuit NAND1. The output NAND1out of the NAND circuit NAND1 is an inverted signal of the output AND4out of the AND circuit AND4. The output NAND1out of the NAND circuit NAND1 is input to one input terminal of the AND circuit AND1 and the AND circuit AND2 in the first control circuit 11a.
FIG. 6F shows an input CMP1in of the comparator CMP1, which receives the first sawtooth wave Tria1 output from the first triangular wave generator 14a and the error amplification signal EAS from the error amplifier AMP1. The first sawtooth wave Tria1 is generated as a triangular wave (sawtooth wave) having an amplitude of Vc (Vb <Vc) from the voltage Vb by the synchronous oscillator 16b and the first triangular wave generator 14a using the output AND4out of the AND circuit AND4 as a trigger. . The first sawtooth wave Tria1 is input to the inverting input terminal (−) of the comparator CMP1 in the first control circuit 11a.
FIG. 6G shows the input CMP2in of the comparator CMP1, which receives the second sawtooth wave Tria2 output from the second triangular wave generator 14b and the error amplification signal EAS from the error amplifier AMP1. The second sawtooth wave Tria2 is generated as a triangular wave (sawtooth wave) having an amplitude from the voltage Va to Vb (Va <Vb) by the output of the oscillator 16a. The second sawtooth wave Tria2 is input to the inverting input terminal (−) of the comparator CMP2 in the second control circuit 12a. Note that the first sawtooth wave Tria1 and the second sawtooth wave Tria2 are synchronized, and the period of the first sawtooth wave Tria1 is set to be twice that of the second sawtooth wave Tria2.
FIG. 6H shows the output CMP1out of the comparator CMP1. The error amplifier AMP1 amplifies the error voltage between the output voltage + Vo from the capacitor C3 and the reference voltage Vref1, and this error amplified signal EAS is connected to the non-inverting input terminal (+) of the comparator CMP1 in the first control circuit 11a and the first voltage. 2 is output to the non-inverting input terminal (+) of the comparator CMP2 in the control circuit 12a. The comparator CMP1 compares the first sawtooth wave Tria1 with the error amplification signal EAS. When the error amplification signal EAS is larger than the first sawtooth wave Tria1, the output CMP1out outputs a Hi voltage. The output CMP1out of the comparator CMP1 is input to the other input terminal of the AND circuit AND1, and is also input to the other input terminal of the AND circuit AND2 via the inverter INV1.
FIG. 6I shows the output CMP2out of the comparator CMP2. The comparator CMP2 compares the second sawtooth wave Tria2 with the error amplification signal EAS. When the error amplification signal EAS is larger than the second sawtooth wave Tria2, the output CMP2out outputs a Hi voltage. The output CMP2out of the comparator CMP2 is input to the other input terminal of the AND circuit AND3 and also input to the dead time generation circuit 15b via the inverter INV1.
FIG. 6J shows a control signal Q1g for the switch element Q1. The control signal Q1g is obtained by delaying the logical product of the output NAND1out of the NAND circuit NAND1 and the output CMP1out of the comparator CMP1 by a dead time generator 15a by a predetermined time (td).
FIG. 6K shows a control signal Q2g for the switch element Q2. The control signal Q2g is obtained by delaying the logical product of the output NAND1out of the NAND circuit NAND1 and the output INV1out of the inverter INV1 by a dead time generator 15a by a predetermined time (td).
FIG. 6 (l) shows a control signal Q3g for the switch element Q3. The control signal Q3g is obtained by delaying the output of the inverter INV2 obtained by inverting the output CMP2out of the comparator CMP2 by a dead time generator 15b by a predetermined time (td).
FIG. 6 (m) shows a control signal Q4g for the switch element Q4. The control signal Q4g is obtained by delaying a logical product of the output Q (waveform FF2out) of the flip-flop FF2 and the output CMP1out of the comparator CMP2 by a dead time generator 15b by a predetermined time (td). As a result, the rise of the control signal Q1g and the rise of the control signal Q3g are synchronized, and the fall of the control signal Q2g and the fall of the control signal Q4g are synchronized.

誤差増幅器AMP1から誤差増幅信号EASは、出力電圧+Voが大きくなるほど大きくなり、定常負荷時において、電圧VbからVcの間に位置するように設定されている。すなわち重負荷時において、誤差増幅信号EASは第1のこぎり波Tria1との比較で制御され、スイッチ素子Q1、Q2は、誤差増幅信号EASに応じてオン時間が調整され、スイッチ素子Q3、Q4はデューティー50%で動作する。   The error amplification signal EAS from the error amplifier AMP1 increases as the output voltage + Vo increases, and is set to be positioned between the voltages Vb and Vc at the time of steady load. That is, at heavy load, the error amplification signal EAS is controlled by comparison with the first sawtooth wave Tria1, the switch elements Q1 and Q2 are adjusted in on-time according to the error amplification signal EAS, and the switch elements Q3 and Q4 are duty cycles. Operates at 50%.

また、軽負荷時において、誤差増幅器AMP1から誤差増幅信号EASは小さくなり、誤差増幅信号EASが電圧VaからVbの間に存在することになる。これにより、制御信号Q1gはパルス幅を絞り切ってしまいオフするが、誤差増幅信号EASは第2のこぎり波Tria2との比較で制御され、スイッチ素子Q3、Q4は誤差増幅信号EASに応じてオン期間が調整され、絶縁ハーフブリッジコンバータは50%デューティー動作から可変デューティー制御に切り替わる。   Further, at the time of light load, the error amplification signal EAS is reduced from the error amplifier AMP1, and the error amplification signal EAS exists between the voltages Va and Vb. As a result, the control signal Q1g is turned off because the pulse width is narrowed, but the error amplification signal EAS is controlled by comparison with the second sawtooth wave Tria2, and the switch elements Q3 and Q4 are turned on according to the error amplification signal EAS. And the isolated half-bridge converter switches from 50% duty operation to variable duty control.

入力電圧上昇時、出力垂下時あるいは起動時などには、出力を抑制する必要がある。この場合に、スイッチ素子Q1、Q2のオン時間を誤差増幅信号EASに応じて調整し、スイッチ素子Q3、Q4をデューティー50%で動作するのでは十分に出力を抑制することができない。すなわち、スイッチ素子Q1、Q2は昇圧チョッパとして動作するので、入力電圧以下には低下しない。このため十分に出力を抑制することができない。   It is necessary to suppress the output when the input voltage rises, the output droops, or at the time of startup. In this case, if the on-time of the switch elements Q1 and Q2 is adjusted according to the error amplification signal EAS and the switch elements Q3 and Q4 are operated at a duty of 50%, the output cannot be sufficiently suppressed. That is, the switch elements Q1 and Q2 operate as a boost chopper and do not drop below the input voltage. For this reason, the output cannot be sufficiently suppressed.

第2の実施の形態では、出力を抑制する必要がある場合に、誤差増幅信号EASがVb以下に減少するように設定されている。すると、上述のように、スイッチ素子Q1はオフし、スイッチ素子Q3、Q4のオン時間が誤差増幅信号EASに応じて調整されるので、誤差増幅信号EASに応じて絶縁ハーフブリッジコンバータの出力を抑制することができる。このときスイッチ素子Q1はオフ、スイッチ素子Q2はほぼON状態であることから、第2の実施の形態のスイッチング電源装置は、図7に示す等価回路、すなわち、リアクトルLr1とコンデンサC1を入力の高周波フィルタとする絶縁ハーフブリッジコンバータになる。これによって、絶縁ハーフブリッジコンバータの可変デューティー制御時においても、スイッチ素子Q1、Q2のスイッチングによる昇圧動作時同様に入力電流は直流電流になる。なお、図7では、説明を簡易にするためにコンデンサCa〜Cdを図示していない。   In the second embodiment, when the output needs to be suppressed, the error amplification signal EAS is set to decrease to Vb or less. Then, as described above, the switch element Q1 is turned off, and the on-time of the switch elements Q3 and Q4 is adjusted according to the error amplification signal EAS, so that the output of the insulated half bridge converter is suppressed according to the error amplification signal EAS. can do. At this time, since the switching element Q1 is off and the switching element Q2 is almost on, the switching power supply according to the second embodiment has an equivalent circuit shown in FIG. 7, that is, a high-frequency input to the reactor Lr1 and the capacitor C1. It becomes an insulated half-bridge converter as a filter. As a result, even during the variable duty control of the insulated half bridge converter, the input current becomes a direct current as in the step-up operation by switching of the switch elements Q1 and Q2. In FIG. 7, the capacitors Ca to Cd are not shown in order to simplify the description.

このようにして第2の実施の形態では、差増幅信号EASが二つののこぎり波(第1のこぎり波Tria1、第2のこぎり波Tria2)を自在に行き来することにより、あらゆる入出力条件においても適切な動作を行うことが可能となる。 In this way, in the second embodiment, the differential amplification signal EAS can freely pass between two sawtooth waves (first sawtooth wave Tria1 and second sawtooth wave Tria2), so that it is appropriate under any input / output conditions. The operation can be performed.

図8乃至図10は、第2の実施の形態の制御回路10aを用いた場合の図1に示す各部の信号波形及び動作波形を示したもので、(a)は制御信号Q1g、(b)は制御信号Q2g、(c)は制御信号Q3g、(d)は制御信号Q4g、(e)はスイッチング素子Q1を流れる電流Id1、(f)はスイッチング素子Q1のドレインソース間電圧Vds1、(g)はスイッチング素子Q2を流れる電流Id2、(h)はスイッチング素子Q2のドレインソース間電圧Vds2、(i)はスイッチング素子Q3を流れる電流Id3、(j)はスイッチング素子Q3のドレインソース間電圧Vds3、(k)はスイッチング素子Q4を流れる電流Id4、(l)はスイッチング素子Q4のドレインソース間電圧Vds4、(m)はダイオードD1を流れるそれぞれの電流Ia1、(n)はダイオードD2を流れるそれぞれの電流Ia2をそれぞれ示している。なお、図8乃至図10では、ダイオードDa〜Ddをスイッチング素子Q1〜Q4の寄生ダイオードとし、ダイオードDa〜Ddに流れる電流もスイッチング素子Q1〜Q4を流れる電流Id1〜Id4として示されている。   8 to 10 show signal waveforms and operation waveforms of the respective parts shown in FIG. 1 when the control circuit 10a of the second embodiment is used. (A) is a control signal Q1g, (b). Is a control signal Q2g, (c) is a control signal Q3g, (d) is a control signal Q4g, (e) is a current Id1 flowing through the switching element Q1, (f) is a drain-source voltage Vds1 of the switching element Q1, (g) Is the current Id2 flowing through the switching element Q2, (h) is the drain-source voltage Vds2 of the switching element Q2, (i) is the current Id3 flowing through the switching element Q3, (j) is the drain-source voltage Vds3 of the switching element Q3, ( k) is a current Id4 flowing through the switching element Q4, (l) is a drain-source voltage Vds4 of the switching element Q4, and (m) is a diode D1. Each of the current Ia1 flows shows (n) is the respective currents Ia2 flowing through the diode D2, respectively. 8 to 10, the diodes Da to Dd are parasitic diodes of the switching elements Q1 to Q4, and currents flowing through the diodes Da to Dd are also shown as currents Id1 to Id4 flowing through the switching elements Q1 to Q4.

図8及び図9は、絶縁ハーフブリッジコンバータが50%デューティーで動作して、スイッチ素子Q1、Q2が可変デューティー制御をしている状態の各部の信号波形及び動作波形であり、図8は0%<スイッチ素子Q1のデューティー≦50%時を、図9は50%≦スイッチ素子Q1のデューティーをそれぞれ示している。また、図10は、スイッチ素子Q1のデューティー=0で、且つ絶縁ハーフブリッジコンバータが可変デューティー制御されている状態の各部の信号波形及び動作波形が示されている。以下、図8乃至図10の入出力特性をそれぞれ説明するのにあたり、図8及び図9におけるスイッチ素子Q1、Q2のデューティーサイクルをそれぞれD、1−Dとし、図10におけるスイッチ素子Q3、Q4のデューティーサイクルをそれぞれD’,1−D’とする。また、コンデンサC1、C2の電圧をそれぞれVc1、Vc2とし、トランスT1の1次巻線P1と2次側巻線S1、S2の巻数比をN:1:1、トランスT1の1次側の励磁インダクタンス成分をLp、入力電圧をVin、出力端子+Vo、−Voでの出力電圧をVoとする。ただし以降の解析において、制御信号Q1g、Q2gのデッドタイムtdと、制御信号Q3g、Q4gのデッドタイムtdと、スイッチ素子Q1〜Q4及びダイオードD1、D2の導通時の電圧降下とは非常に小さいものとして無視する。また、トランスT1の1次巻線P1に流れる電流は巻始めを示すドット表示に対して、ドット表示のない方からドット表示のある方へ流れる向きを、便宜上、正とする。   8 and 9 show signal waveforms and operation waveforms of the respective parts in a state where the insulated half bridge converter operates at 50% duty and the switch elements Q1 and Q2 perform variable duty control, and FIG. 8 shows 0%. <Duty of switch element Q1 ≦ 50% FIG. 9 shows 50% ≦ duty of switch element Q1. Further, FIG. 10 shows signal waveforms and operation waveforms of respective parts in a state where the duty of the switching element Q1 = 0 and the insulated half bridge converter is subjected to variable duty control. In the following description of the input / output characteristics of FIGS. 8 to 10, the duty cycles of the switch elements Q1 and Q2 in FIGS. 8 and 9 are D and 1-D, respectively, and the switch elements Q3 and Q4 in FIG. The duty cycles are D ′ and 1−D ′, respectively. Further, the voltages of the capacitors C1 and C2 are Vc1 and Vc2, respectively, the turns ratio of the primary winding P1 of the transformer T1 and the secondary windings S1 and S2 is N: 1: 1, and the primary side excitation of the transformer T1 is excited. The inductance component is Lp, the input voltage is Vin, and the output voltage at the output terminals + Vo and −Vo is Vo. However, in the subsequent analysis, the dead time td of the control signals Q1g and Q2g, the dead time td of the control signals Q3g and Q4g, and the voltage drop when the switch elements Q1 to Q4 and the diodes D1 and D2 are turned on are very small. Ignore as. For the sake of convenience, the direction in which the current flowing through the primary winding P1 of the transformer T1 flows from the direction without dot display to the direction with dot display is positive with respect to the dot display indicating the start of winding.

まず、図8の入出力特性について説明する。
絶縁ハーフブリッジコンバータは50%デューティー、昇圧コンバータは可変デューティー制御となっており、スイッチ素子Q1のデューティーは50%以下(D≦0.5)である。まず昇圧コンバータでは次式が成立つ。
First, the input / output characteristics of FIG. 8 will be described.
The insulated half bridge converter has a 50% duty, the boost converter has a variable duty control, and the duty of the switch element Q1 is 50% or less (D ≦ 0.5). First, the following formula is established in the boost converter.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

昇圧コンバータが安定して動作している場合、1周期間においてトランスT1のコアが励磁される量はリセットされる量と等しいから、インダクタンス成分Lpに流れる励磁電流の合計は1周期間でゼロになる。すなわち、励磁電流の総和は次式で与えられる。   When the boost converter is operating stably, the amount of excitation of the core of the transformer T1 during one cycle is equal to the amount reset, so that the total exciting current flowing through the inductance component Lp becomes zero during one cycle. Become. That is, the sum of the excitation currents is given by the following equation.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

[数1]、[数2]から次式が導かれる。   The following equation is derived from [Equation 1] and [Equation 2].

Figure 0006554942
Figure 0006554942

トランスT1の1次巻線P1に掛る電圧は1/N倍されて2次側巻線S1、S2に出力される。ここで出力端子+Vo,−Voでの出力電圧VoはトランスT1の2次巻線S1、S2の電圧を1周期TにわたってリアクトルLr3、コンデンサC3で構成される出力フィルタで平均化されたものであるから、次式が成り立つ。   The voltage applied to the primary winding P1 of the transformer T1 is multiplied by 1 / N and output to the secondary windings S1 and S2. Here, the output voltage Vo at the output terminals + Vo and -Vo is obtained by averaging the voltages of the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1 with an output filter including a reactor Lr3 and a capacitor C3 over one period T. From the following, the following equation holds.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

[数1]、[数3]、[数4]からD≦0.5での入出力特性を示す次式が導かれる。   From [Equation 1], [Equation 3], and [Equation 4], the following equation showing the input / output characteristics at D ≦ 0.5 is derived.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

トランスT1の2次巻線S1、S2の電圧を個々に求める。t1、t2期間では2時巻線S2から出力され、t3期間では二次巻線S1から出力される。各期間での2次巻線電圧は、[数1]、[数2]、巻数比Nから次式が導かれる。   The voltages of the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1 are obtained individually. The signal is output from the two-time winding S2 during the t1 and t2 periods, and is output from the secondary winding S1 during the t3 period. The secondary winding voltage in each period is derived from [Equation 1], [Equation 2] and the turn ratio N as follows.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

ここでt3期間は上述したようにS1から出力されており、S1電圧が[数5]に等しいことを示している。トランス出力と出力端子+Vo、−Vo間電圧Voが等しいことから、t3期間中は定電流出力であると言える。T3期間は50%デューティーであり、すなわち半周期は定電流出力であり、出力電流リプルは低減される。これは図8(m)に示すダイオードD1の電流Ia1が台形状の波形になっており、上辺の傾きが無いことで示されている。   Here, the t3 period is output from S1 as described above, and the S1 voltage is equal to [Equation 5]. Since the transformer output and the voltage Vo between the output terminals + Vo and −Vo are equal, it can be said that the output is constant current during the period t3. The T3 period is 50% duty, that is, the half cycle is a constant current output, and the output current ripple is reduced. This is indicated by the fact that the current Ia1 of the diode D1 shown in FIG.

次に、図9の入出力特性について説明する。
絶縁ハーフブリッジコンバータは50%デューティー、昇圧コンバータ部は可変デューティー制御となっており、スイッチ素子Q1デューティーは50%以上(D≧0.5)である。昇圧コンバータは[数1]と同じである。このとき、トランスT1の励磁電流の1周期間での総和は次式で与えられる。
Next, the input / output characteristics of FIG. 9 will be described.
The insulated half bridge converter has 50% duty, the boost converter unit has variable duty control, and the switching element Q1 duty is 50% or more (D ≧ 0.5). The boost converter is the same as [Equation 1]. At this time, the sum total of the excitation current of the transformer T1 during one period is given by the following equation.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

[数1]、[数7]から次式が導かれる。   The following equation is derived from [Equation 1] and [Equation 7].

Figure 0006554942
Figure 0006554942

出力端子+Vo,−Voでの出力電圧Voは、次式が成り立つ。   For the output voltage Vo at the output terminals + Vo and −Vo, the following equation is established.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

[数1]、[数8]、[数9]からD≧0.5での入出力特性を示す次式が導かれる。   From [Equation 1], [Equation 8], and [Equation 9], the following equation showing the input / output characteristics at D ≧ 0.5 is derived.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

トランスT1の2次巻線S1、S2の電圧を個々に求める。t1期間では2次巻線S2から出力され、t2、t3期間では2次巻線S1から出力される。各期間での2次巻線電圧は、[数1]、[数8]、巻数比Nから次式が導かれる。   The voltages of the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1 are obtained individually. It is output from the secondary winding S2 during the t1 period, and is output from the secondary winding S1 during the t2 and t3 periods. The secondary winding voltage in each period is derived from [Equation 1], [Equation 8] and the turn ratio N as follows.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

ここでt1期間は上述したように2次巻線S2から出力されており、2次巻線S2の電圧が[数10]に等しいことを示している。トランスTの出力と出力端子+Vo、−Vo間電圧Voとが等しいことから、t1期間中は定電流出力であると言える。t1期間は50%デューティーであり、すなわち半周期は定電流出力であり、出力電流リプルは低減される。これは図9(n)に示すようにダイオードD2を流れる電流Ia2が台形状の波形になっており、上辺の傾きが無いことで示されている。   Here, the t1 period is output from the secondary winding S2 as described above, and the voltage of the secondary winding S2 is equal to [Equation 10]. Since the output of the transformer T is equal to the voltage Vo between the output terminals + Vo and −Vo, it can be said that the output is constant current during the period t1. The t1 period is 50% duty, that is, the half cycle is a constant current output, and the output current ripple is reduced. This is shown by the fact that the current Ia2 flowing through the diode D2 has a trapezoidal waveform as shown in FIG.

以上のように、スイッチ素子Q1のデューティーサイクルDが<D≦0.5においては、後半50%デューティーであるt3期間が定電流出力となり、スイッチ素子Q1のデューティーサイクルDが0.5≦Dにおいては、同様に前半50%デューティー期間であるt1期間が定電流動作となる。このように必ず半周期は定電流出力となり、出力電流リプルを低減することができるという効果を得る。さらにはD=0.5、すなわちすべてのスイッチがデューティー50%動作すれば、t2期間はなくなりt1、t3期間しか存在せず、D=0.5として[数5]、[数6]、[数10]、[数11]は全て等しく次式になる。すなわち、1周期全区間においてトランスT1の2次巻線S1、S2の電圧と出力端子+Vo.−Vo間の出力電圧Voとが等しくなる定電流出力となり、リプル電流はゼロになる。   As described above, when the duty cycle D of the switch element Q1 is <D ≦ 0.5, the t3 period which is the latter half 50% duty is a constant current output, and the duty cycle D of the switch element Q1 is 0.5 ≦ D. Similarly, the t1 period which is the 50% duty period of the first half is constant current operation. Thus, a constant current output is always performed in a half cycle, and an effect that the output current ripple can be reduced is obtained. Furthermore, if D = 0.5, that is, if all the switches operate at a duty of 50%, the t2 period disappears and only the t1 and t3 periods exist, and D = 0.5, and [Equation 5], [Equation 6], [Equation 6] [Equation 10] and [Equation 11] are all equal to the following equation. That is, the voltage of the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1 and the output terminal + Vo. The constant current output becomes equal to the output voltage Vo between −Vo, and the ripple current becomes zero.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

すなわちD=0.5近傍においては、リプル電流は完全にキャンセル、あるいは非常に小さいものとなる。ここで、デューティーDと入出力ゲインVo/Vin特性は、簡単のため巻数比N=1とすると、[数5]、[数10]から図11に示すグラフになる。図11に示すデューティーDと入出力ゲインVo/Vin特性によると、D=0のとき入出力ゲインVo/Vin=0.5になっており、スイッチ素子Q1のデューティーをゼロに絞り切っても出力をゼロにできず、抑えきれないことを証明している。このときの入出力の関係は[数5]にD=0を代入することで次式を得る。   That is, in the vicinity of D = 0.5, the ripple current is completely canceled or very small. Here, the duty D and the input / output gain Vo / Vin characteristics are represented by the graph shown in FIG. 11 from [Equation 5] and [Equation 10] when the turn ratio N = 1 for simplicity. According to the duty D and input / output gain Vo / Vin characteristics shown in FIG. 11, the input / output gain Vo / Vin = 0.5 when D = 0, and the output is obtained even when the duty of the switch element Q1 is reduced to zero. It is proved that cannot be reduced to zero. The input / output relationship at this time is obtained by substituting D = 0 into [Equation 5].

Figure 0006554942
Figure 0006554942

第2の実施の形態の制御回路10aでは、スイッチ素子Q1のデューティー=0で、且つ絶縁ハーフブリッジコンバータが可変デューティー制御することで、出力を抑制することができる。すなわち、すなわち図10に示すように、絶縁ハーフブリッジコンバータのスイッチ素子Q4を可変デューティー制御し、スイッチ素子Q3をその反転同期スイッチングさせる。
図10の入出力特性について説明する。
トランスT1に流れる電流の向きは、コンバータが安定して動作している場合、1周期間においてトランスT1のコアが励磁される量はリセットされる量と等しいから、インダクタンス成分Lpに流れる励磁電流の合計は1周期間でゼロになる。そこで、励磁電流の総和は次式で与えられる。
In the control circuit 10a of the second embodiment, the output can be suppressed when the duty of the switch element Q1 = 0 and the insulated half bridge converter performs variable duty control. That is, as shown in FIG. 10, the switching element Q4 of the insulated half bridge converter is subjected to variable duty control, and the switching element Q3 is inverted and synchronously switched.
The input / output characteristics of FIG. 10 will be described.
When the converter is operating stably, the direction of the current flowing through the transformer T1 is equal to the amount that the core of the transformer T1 is excited in one cycle is equal to the reset amount. The sum is zero during one cycle. Therefore, the sum of the excitation currents is given by the following equation.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

[数14]から次式が導かれる。   The following equation is derived from [Equation 14].

Figure 0006554942
Figure 0006554942

出力端子+Vo、−Voでの出力電圧Voは、次式が成り立つ。   For the output voltage Vo at the output terminals + Vo and −Vo, the following equation is established.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

[数15]、[数16]から絶縁ハーフブリッジコンバータの入出力特性を示す次式が導かれる。   From [Equation 15] and [Equation 16], the following equation indicating the input / output characteristics of the insulated half-bridge converter is derived.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

[数17]にD’=0.5を代入したものは次式となり、[数5]にD=0を代入した[数13]と同じ式になる。   The following equation is obtained by substituting D ′ = 0.5 into [Equation 17], and is the same equation as [Equation 13] in which D = 0 is substituted into [Equation 5].

Figure 0006554942
Figure 0006554942

絶縁ハーフブリッジコンバータを50%デューティー、昇圧コンバータを可変デューティー制御したものと、絶縁ハーフブリッジコンバータを可変デューティー制御したものは、[数18]の入出力関係にある時に、動作が切り替わることが証明される。デューティーD’と入出力ゲインVo/Vin特性は、簡単のため巻数比N=1とすると、[数17]から図12に示すグラフとになる。図12に示すに示すデューティーD’と入出力ゲインVo/Vin特性によると、スイッチ素子Q3のデューティーをゼロに絞ると出力をゼロになり、これによって入力電流上昇時、あるいは出力垂下時などで出力を抑えることができるようになる。注意しなければいけないのは、[数17]はデューティーD’の2次方程式となっており、デューティーD’は二つの解を得ることができるが、絶縁ハーフブリッジとしてデューティーD’は最大0.5であるから、次の解を得ることができる。   It is proved that the operation of the isolated half bridge converter with 50% duty and the boost converter with variable duty control and that with the isolated half bridge converter with variable duty control are switched when the input / output relationship of [Equation 18] is satisfied. The The duty D ′ and the input / output gain Vo / Vin characteristics are represented by the graph shown in FIG. 12 from [Equation 17] when the turns ratio N = 1 for simplicity. According to the duty D ′ and the input / output gain Vo / Vin characteristics shown in FIG. 12, when the duty of the switch element Q3 is reduced to zero, the output becomes zero, which causes the output when the input current increases or when the output droops. Can be suppressed. It should be noted that [Equation 17] is a quadratic equation of the duty D ′, and the duty D ′ can obtain two solutions, but the duty D ′ is 0. Since it is 5, the following solution can be obtained.

Figure 0006554942
Figure 0006554942

以上説明したように、第2の実施の形態は、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを直列に接続して構成された第1アームと、一方端が直流入力端子(直流電源Vin)に接続され、他方端が第1アームの中点に接続されたリアクトルLr1と、第1アームに並列に接続されたコンデンサC1と、第1アームに並列に接続され、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とを直列に接続して構成された第2アームと、第1アームの中点と第2アームの中点との間に接続され、コンデンサC2とリアクトルLr2とトランスTの1次巻線P1とを直列に接続して構成された直列回路と、トランスTの2次巻線S1、S2に接続され、2次巻線線S1、S2に発生する電圧を整流平滑して直流出力を取り出す整流平滑回路(ダイオードD1、D2、リアクトルLr3、コンデンサC3)と、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを交互にオンオフ制御する第1制御回路11aと、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とを交互にオンオフを制御する第2制御回路12aとを具備し、定常負荷時に、第1制御回路11aは、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを可変デューティーで交互にオンオフさせると共に、第2制御回路12aは、第3スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とを50%デューティーで交互にオンオフさせ、軽負荷時に、第1制御回路11aは、第1スイッチング素子Q1をゼロデューティーに制御すると共に、第2制御回路12aは、第3スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とを可変デューティーで交互にオンオフさせる。
この構成により、スイッチ素子Q1はオフし、スイッチ素子Q3、Q4のオン時間が誤差増幅信号EASに応じて調整されるので、誤差増幅信号EASに応じて絶縁ハーフブリッジコンバータの出力を抑制することができる。また、絶縁ハーフブリッジコンバータの可変デューティー制御時においても、スイッチ素子Q1、Q2のスイッチングによる昇圧動作時同様に入力電流は直流電流になる。
As described above, in the second embodiment, the first arm configured by connecting the switching element Q1 and the switching element Q2 in series and one end thereof are connected to the DC input terminal (DC power supply Vin). The other end of the reactor Lr1 is connected to the midpoint of the first arm, the capacitor C1 is connected in parallel to the first arm, and the switching element Q3 and switching element Q4 are connected in series to the first arm. A second arm configured to be connected to the center, and a middle point of the first arm and a middle point of the second arm, and a capacitor C2, a reactor Lr2, and a primary winding P1 of the transformer T connected in series. A series circuit constructed by connecting, and a rectifying and smoothing circuit (diode) connected to the secondary windings S1 and S2 of the transformer T and rectifying and smoothing the voltage generated in the secondary windings S1 and S2 to extract a DC output D1, D2, reactor Lr3, capacitor C3), first control circuit 11a for alternately switching on and off switching element Q1 and switching element Q2, and on and off of third switching element and fourth switching element alternately The first control circuit 11a alternately turns on and off the switching element Q1 and the switching element Q2 with a variable duty during a steady load, and the second control circuit 12a 3 The switching element Q3 and the switching element Q4 are alternately turned on and off at 50% duty, and at the time of light load, the first control circuit 11a controls the first switching element Q1 to zero duty, and the second control circuit 12a The third switching element Q3 and the switching element Q4 are connected to a variable duty. To be alternately turned on and off at tea.
With this configuration, the switch element Q1 is turned off, and the on-time of the switch elements Q3 and Q4 is adjusted according to the error amplification signal EAS, so that the output of the insulated half bridge converter can be suppressed according to the error amplification signal EAS. it can. Also during the variable duty control of the insulated half bridge converter, the input current becomes a direct current as in the step-up operation by switching of the switch elements Q1 and Q2.

さらに、第2の実施の形態において、スイッチング素子Q1のターンオンとスイッチング素子Q3のターンオンとを同期させると共に、スイッチング素子Q2のターンオフとスイッチング素子Q4のターンオフとを同期させる同期回路13aを備えている。
この構成により、大パワー出力で、リアクトルLr1の励磁エネルギーが大きくコンデンサC1の電圧を上昇させるようなエネルギーであっても、コンデンサC1に電荷(エネルギー)が溜まるだけでなく同時にトランスTを介して出力されるため、コンデンサC1の電圧が抑えられる。
Further, in the second embodiment, a synchronization circuit 13a is provided that synchronizes the turn-on of the switching element Q1 and the turn-on of the switching element Q3, and synchronizes the turn-off of the switching element Q2 and the turn-off of the switching element Q4.
With this configuration, even if the excitation power of the reactor Lr1 is large and the energy of the capacitor C1 is increased, the capacitor C1 not only accumulates charges (energy) but also outputs via the transformer T at the same time. Therefore, the voltage of the capacitor C1 is suppressed.

さらに、第2の実施の形態において、直流出力と所定の基準電圧Vref1を比較して得られる誤差増幅信号EASを発生する誤差増幅器AMP1と、VbからVc(Vb<Vc)まで変動する第1のこぎり波Tria1を生成する第1三角波発生器14aと、VaからVb(Va<Vb)まで変動する、第1のこぎり波Tria1の2倍の周波数を有し、立下りが同期した第2のこぎり波Tria2を生成する第2三角波発生器14bとを備え、定常負荷時に、第1制御回路11aは、誤差増幅信号EASと第1のこぎり波Tria1とを比較することで、第1スイッチング素子Q1と第2スイッチング素子Q2とを可変デューティーで交互にオンオフさせ、軽負荷時に、第2制御回路12aは、誤差増幅信号EASと第2のこぎり波Tria2とを比較することで、第3スイッチング素子Q3と第4スイッチング素子Q4とを可変デューティーで交互にオンオフさせる。
この構成により、差増幅信号EASが二つののこぎり波(第1のこぎり波Tria1、第2のこぎり波Tria2)を自在に行き来することにより、あらゆる入出力条件においても適切な動作を行うことが可能となる。
Further, in the second embodiment, an error amplifier AMP1 that generates an error amplification signal EAS obtained by comparing a direct current output with a predetermined reference voltage Vref1, and a first saw that varies from Vb to Vc (Vb <Vc). A first triangular wave generator 14a for generating a wave Tria1, and a second sawtooth wave Tria2 having a frequency twice as high as that of the first sawtooth wave Tria1 varying from Va to Vb (Va <Vb) and synchronized in falling. The first control circuit 11a compares the error amplification signal EAS with the first sawtooth wave Tria1 at the time of steady load, thereby generating a first switching element Q1 and a second switching element. Q2 is alternately turned on and off at a variable duty, and at light load, the second control circuit 12a performs error amplification signal EAS and second sawtooth wave Tr. By comparing the a2, it is off and the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 are alternately variable duty.
With this configuration, the differential amplification signal EAS can freely travel between the two sawtooth waves (the first sawtooth wave Tria1 and the second sawtooth wave Tria2), so that an appropriate operation can be performed under any input / output conditions. .

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態のスイッチング電源装置は、図1に示す昇圧コンバータ(スイッチング素子Q1、Q2)と絶縁ハーフブリッジコンバータ(スイッチング素子Q3、Q4)とを図13に示す制御回路10bによって制御する。制御回路10bは、図13を参照すると、第1制御回路11bと、第2制御回路12bと、同期回路13aと、誤差増幅器AMP1と、誤差増幅器AMP2とで構成されている。
(Third embodiment)
The switching power supply according to the third embodiment controls the boost converter (switching elements Q1, Q2) and the insulated half-bridge converter (switching elements Q3, Q4) shown in FIG. 1 by a control circuit 10b shown in FIG. Referring to FIG. 13, the control circuit 10b includes a first control circuit 11b, a second control circuit 12b, a synchronization circuit 13a, an error amplifier AMP1, and an error amplifier AMP2.

第1制御回路11bには、第2の実施の形態の第1制御回路11aに加えて、コンパレータCMP3と、アンド回路AND5とが設けられている。コンパレータCMP3の反転入力端子(−)には第1三角波発生器14aから出力される第1のこぎり波Tria1が入力される。また、Vc(第1のこぎり波Tria1の最大電圧)よりも大きい基準電圧Vref2と接地端子との間には、抵抗R4とコンデンサC4とが直列に接続されており、抵抗R4とコンデンサC4との接続点の電圧がソフトスタート信号SSとしてコンパレータCMP3の非反転入力端子(−)に入力される。コンパレータCMP1の出力CMP1outと、コンパレータCMP3の出力CMP3outとがアンド回路AND5のそれぞれの入力端子に入力され、アンド回路AND5の出力がアンド回路AND1の他方の入力端子に入力されると共に、インバータINV1を介してアンド回路AND2の他方の入力端子に入力される。   The first control circuit 11b is provided with a comparator CMP3 and an AND circuit AND5 in addition to the first control circuit 11a of the second embodiment. The first sawtooth wave Tria1 output from the first triangular wave generator 14a is input to the inverting input terminal (−) of the comparator CMP3. Further, a resistor R4 and a capacitor C4 are connected in series between a reference voltage Vref2 greater than Vc (the maximum voltage of the first sawtooth wave Tria1) and the ground terminal, and the resistor R4 and the capacitor C4 are connected. The voltage at the point is input as the soft start signal SS to the non-inverting input terminal (−) of the comparator CMP3. The output CMP1out of the comparator CMP1 and the output CMP3out of the comparator CMP3 are input to the respective input terminals of the AND circuit AND5. The output of the AND circuit AND5 is input to the other input terminal of the AND circuit AND1, and via the inverter INV1. Are input to the other input terminal of the AND circuit AND2.

また、第2制御回路12bには、第2の実施の形態の第2制御回路12aに加えて、コンパレータCMP4と、アンド回路AND6とが設けられている。コンパレータCMP4の反転入力端子(−)には第2三角波発生器14bから出力される第2のこぎり波Tria2が入力される。また、Vc(第1のこぎり波Tria1の最大電圧)よりも大きい基準電圧Vref2と雪駄端子との間には、抵抗R4とコンデンサC4とが直列に接続されており、抵抗R4とコンデンサC4との接続点の電圧がソフトスタート信号SSとしてコンパレータCMP4の非反転入力端子(−)に入力される。コンパレータCMP2の出力CMP2outと、コンパレータCMP4の出力CMP4outとがアンド回路AND6のそれぞれの入力端子に入力され、アンド回路AND6の出力がアンド回路AND3の他方の入力端子に入力されると共に、インバータINV1を介してデットタイム生成回路15bに入力される。   In addition to the second control circuit 12a of the second embodiment, the second control circuit 12b is provided with a comparator CMP4 and an AND circuit AND6. The second sawtooth wave Tria2 output from the second triangular wave generator 14b is input to the inverting input terminal (−) of the comparator CMP4. Further, a resistor R4 and a capacitor C4 are connected in series between a reference voltage Vref2 larger than Vc (the maximum voltage of the first sawtooth wave Tria1) and the snow dust terminal, and the resistor R4 and the capacitor C4 are connected. The voltage at the point is input as the soft start signal SS to the non-inverting input terminal (−) of the comparator CMP4. The output CMP2out of the comparator CMP2 and the output CMP4out of the comparator CMP4 are input to the respective input terminals of the AND circuit AND6, the output of the AND circuit AND6 is input to the other input terminal of the AND circuit AND3, and via the inverter INV1. And input to the dead time generation circuit 15b.

この構成により、起動時には、基準電圧Vref2によってコンデンサC4が開始され、コンパレータCMP3では、0Vから徐々に上昇するソフトスタート信号SSと第1のこぎり波Tria1とが、コンパレータCMP4では、0Vから徐々に上昇するソフトスタート信号SSと第2のこぎり波Tria2とがそれぞれ比較される。従って、ソフトスタート信号SS<Vbの場合、スイッチ素子Q1のデューティー=0で、且つ絶縁ハーフブリッジコンバータがソフトスタート信号SSもしくは誤差増幅信号EASの小さい方の値に応じて可変デューティー制御される。Vb≦ソフトスタート信号SS≦Vcで、誤差増幅信号EAS<Vbの場合、スイッチ素子Q1のデューティー=0で、且つ絶縁ハーフブリッジコンバータが誤差増幅信号EASに応じて可変デューティー制御される。Vb≦ソフトスタート信号SS≦Vcで、Vb≦誤差増幅信号EAS≦Vcの場合、絶縁ハーフブリッジコンバータが50%デューティーで動作して、スイッチ素子Q1、Q2がソフトスタート信号SSもしくは誤差増幅信号EASの小さい方の値に応じて可変デューティー制御される。   With this configuration, at the time of startup, the capacitor C4 is started by the reference voltage Vref2, the soft start signal SS and the first sawtooth wave Tria1 that gradually increase from 0V are gradually increased from 0V in the comparator CMP3, and are gradually increased from 0V in the comparator CMP4. The soft start signal SS and the second sawtooth wave Tria2 are respectively compared. Therefore, when the soft start signal SS <Vb, the duty of the switching element Q1 = 0, and the insulated half bridge converter is variable duty controlled according to the smaller value of the soft start signal SS or the error amplification signal EAS. When Vb ≦ soft start signal SS ≦ Vc and error amplification signal EAS <Vb, the duty of switch element Q1 = 0, and the insulated half-bridge converter is subjected to variable duty control according to error amplification signal EAS. When Vb ≦ soft start signal SS ≦ Vc and Vb ≦ error amplification signal EAS ≦ Vc, the insulated half-bridge converter operates at 50% duty, and the switch elements Q1 and Q2 are connected to the soft start signal SS or the error amplification signal EAS. Variable duty control is performed according to the smaller value.

このように、第1制御回路11bのコンパレータCMP3及びアンド回路AND5と、第2制御回路12bのコンパレータCMP4及びアンド回路AND6とは、起動時に、ソフトスタート信号SSに応じて前記誤差信号を調整する調整回路として機能する。   As described above, the comparator CMP3 and the AND circuit AND5 of the first control circuit 11b and the comparator CMP4 and the AND circuit AND6 of the second control circuit 12b are adjusted to adjust the error signal according to the soft start signal SS at the time of activation. Functions as a circuit.

誤差増幅器AMP2は、過負荷検出用に設けられている。誤差増幅器AMP2は、出力電流(スイッチ素子Q1〜Q4のドレイン電流でも良く、スイッチ素子Q4のドレイン電流が好適)に比例した電圧と基準電圧Vre3との誤差電圧を増幅して、この誤差増幅信号EASを第1制御回路11aにおけるコンパレータCMP1の非反転入力端子(+)と、第2制御回路12aにおけるコンパレータCMP2の非反転入力端子(+)とに出力する。なお、誤差増幅器AMP1と誤差増幅器AMP2との出力端子は、それぞれ逆流防止ダイオードと抵抗R5とを介して基準電圧Vreに接続されている。これにより、負荷時には、2次巻線線S1、S2に発生する電圧を整流平滑して直流出力から出力される電流に応じて誤差増幅信号EASを低下させ、出力を抑制することができる。すなわち、誤差増幅器AMP2は、過負荷時に、直流出力から出力される電流に応じて誤差増幅信号EASを低下させる信号低下回路として機能する。   The error amplifier AMP2 is provided for overload detection. The error amplifier AMP2 amplifies an error voltage between the voltage proportional to the output current (which may be the drain current of the switch elements Q1 to Q4, preferably the drain current of the switch element Q4) and the reference voltage Vre3, and this error amplification signal EAS Are output to the non-inverting input terminal (+) of the comparator CMP1 in the first control circuit 11a and the non-inverting input terminal (+) of the comparator CMP2 in the second control circuit 12a. The output terminals of the error amplifier AMP1 and the error amplifier AMP2 are connected to the reference voltage Vre via a backflow prevention diode and a resistor R5, respectively. Thereby, at the time of load, the voltage generated in the secondary winding lines S1 and S2 can be rectified and smoothed to reduce the error amplification signal EAS according to the current output from the DC output, thereby suppressing the output. That is, the error amplifier AMP2 functions as a signal lowering circuit that lowers the error amplification signal EAS according to the current output from the DC output during overload.

以上説明したように、第3の実施の形態は、過負荷時に、直流出力から出力される電流に応じて誤差増幅信号EASを低下させる信号低下回路(誤差増幅器AMP2)を備えている。
この構成により、過負荷時に、誤差増幅信号EASに応じて絶縁ハーフブリッジコンバータの出力を抑制することができる。
As described above, the third embodiment includes the signal reduction circuit (error amplifier AMP2) that reduces the error amplification signal EAS according to the current output from the DC output during overload.
With this configuration, it is possible to suppress the output of the insulated half-bridge converter according to the error amplification signal EAS during overload.

さらに、第3の実施の形態において、起動時に、ソフトスタート信号SSに応じて誤差増幅信号EASを調整する調整回路(第1制御回路11bのコンパレータCMP3及びアンド回路AND5と、第2制御回路12bのコンパレータCMP4及びアンド回路AND6)を備えている。
この構成により、起動時に、誤差増幅信号EASに応じて絶縁ハーフブリッジコンバータの出力を抑制することができる。
Furthermore, in the third embodiment, an adjustment circuit (the comparator CMP3 and AND circuit AND5 of the first control circuit 11b and the second control circuit 12b) that adjusts the error amplification signal EAS according to the soft start signal SS at the time of startup. Comparator CMP4 and AND circuit AND6) are provided.
With this configuration, it is possible to suppress the output of the insulated half bridge converter according to the error amplification signal EAS at the time of startup.

以上の実施の形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成(材質)等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。   The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the above embodiments are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and numerical values and compositions (materials) of the respective components. Is merely an example. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.

AND1〜AND6 アンド回路
AMP1、AMP2 誤差増幅器
BUF1、BUF2 バッファ回路
C1〜C4 コンデンサ
Ca〜Cd コンデンサ
CMP1〜CMP4 コンパレータ
D1〜D4 ダイオード
Da〜Dd ダイオード
FF1、FF2 フリップフロップ
INV1、INV2 インバータ
NAND1 ナンド回路
Lr1、Lr2、Lr3 リアクトル
P1 一次巻線
Q1〜Q4 スイッチング素子
R1〜R5 抵抗
S1、S2 二次巻線
T トランス
Vin 直流電源
1 スイッチング電源装置
10、10a 制御回路
11、11a、11b 第1制御回路
12、12a、12b 第2制御回路
13、13a 同期回路
14 三角波発生器
14a 第1三角波発生器
14b 第2三角波発生器
15a、15b デッドタイム生成回路
16a 発振器
16b 同期発振器
AND1 to AND6 AND circuits AMP1, AMP2 Error amplifiers BUF1, BUF2 Buffer circuits C1-C4 Capacitors Ca-Cd Capacitors CMP1-CMP4 Comparators D1-D4 Diode Da-Dd Diode FF1, FF2 Flip-flop INV1, INV2 Inverter NAND1 NAND circuit Lr1, Lr2 , Lr3 Reactor P1 Primary windings Q1-Q4 Switching elements R1-R5 Resistors S1, S2 Secondary winding T Transformer Vin DC power supply 1 Switching power supply device 10, 10a Control circuits 11, 11a, 11b First control circuits 12, 12a, 12b Second control circuit 13, 13a Synchronous circuit 14 Triangular wave generator 14a First triangular wave generator 14b Second triangular wave generators 15a, 15b Dead time generating circuit 16a Oscillator 16b Synchronous oscillation

Claims (4)

第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを直列に接続して構成された第1アームと、
一方端が直流入力端子に接続され、他方端が前記第1アームの中点に接続されたリアクトルと、
前記第1アームに並列に接続された平滑コンデンサと、
前記第1アームに並列に接続され、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子とを直列に接続して構成された第2アームと、
前記第1アームの中点と前記第2アームの中点との間に接続され、共振コンデンサと共振リアクトルとトランスの1次巻線とを直列に接続して構成された直列回路と、
前記トランスの2次巻線に接続され、前記2次巻線に発生する電圧を整流平滑して直流出力を取り出す整流平滑回路と、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを交互にオンオフ制御する第1制御回路と、
前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とを交互にオンオフを制御する第2制御回路と、
前記直流出力と所定の基準電圧を比較して得られる誤差信号を発生する誤差増幅器と、
第2電圧から当該第2電圧よりも大きい第3電圧まで変動する第1のこぎり波を生成する第1三角波発生器と、
前記第2電圧よりも小さい第1電圧から前記第2電圧まで変動する、前記第1のこぎり波の数倍の周波数を有し、立下りが同期した第2のこぎり波を生成する第2三角波発生器とを具備し、
定常負荷時に、前記第1制御回路は、前記誤差信号と前記第1のこぎり波とを比較することで、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを可変デューティーで交互にオンオフさせると共に、前記第2制御回路は、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とを50%デューティーで交互にオンオフさせ、
軽負荷時に、前記第1制御回路は、前記第1スイッチング素子をゼロデューティーに制御すると共に、前記第2制御回路は、前記誤差信号と前記第2のこぎり波とを比較することで、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とを可変デューティーで交互にオンオフさせることを特徴とするスイッチング電源装置。
A first arm configured by connecting a first switching element and a second switching element in series;
A reactor having one end connected to a DC input terminal and the other end connected to the midpoint of the first arm;
A smoothing capacitor connected in parallel to the first arm;
A second arm connected in parallel to the first arm and configured by connecting a third switching element and a fourth switching element in series;
A series circuit connected between a midpoint of the first arm and a midpoint of the second arm, and configured by connecting a resonant capacitor, a resonant reactor, and a primary winding of a transformer in series;
A rectifying and smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer and rectifying and smoothing a voltage generated in the secondary winding to extract a DC output;
A first control circuit for alternately turning on and off the first switching element and the second switching element;
A second control circuit that alternately controls on and off of the third switching element and the fourth switching element;
An error amplifier for generating an error signal obtained by comparing the DC output with a predetermined reference voltage;
A first triangular wave generator that generates a first sawtooth wave that varies from a second voltage to a third voltage that is greater than the second voltage;
A second triangular wave generator for generating a second sawtooth wave having a frequency several times that of the first sawtooth wave, which fluctuates from the first voltage smaller than the second voltage to the second voltage, and whose falling edge is synchronized. And
At the time of steady load, the first control circuit compares the error signal with the first sawtooth wave to alternately turn on and off the first switching element and the second switching element with a variable duty, and The second control circuit alternately turns on and off the third switching element and the fourth switching element with a 50% duty,
At the time of light load, the first control circuit controls the first switching element to zero duty, and the second control circuit compares the error signal with the second sawtooth wave to thereby calculate the third switching element. A switching power supply device, wherein the switching element and the fourth switching element are alternately turned on and off at a variable duty.
定常負荷時に、前記第1スイッチング素子のターンオンと前記第3スイッチング素子のターンオンとを同期させると共に、前記第2スイッチング素子のターンオフと前記第4スイッチング素子のターンオフとを同期させる同期回路とを具備することを特徴とする請求項記載のスイッチング電源装置。 A synchronization circuit that synchronizes the turn-on of the first switching element and the turn-on of the third switching element and the turn-off of the second switching element and the turn-off of the fourth switching element during a steady load; The switching power supply device according to claim 1 . 過負荷時に、前記直流出力から出力される電流に応じて前記誤差信号を低下させる信号低下回路を具備することを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチング電源装置。 3. The switching power supply device according to claim 1, further comprising a signal reduction circuit that reduces the error signal in accordance with a current output from the DC output during overload. 起動時に、ソフトスタート信号に応じて前記誤差信号を調整する調整回路を具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のスイッチング電源装置。 At startup, the switching power supply device according to any of claims 1 to 3, characterized in that it comprises an adjusting circuit for adjusting said error signal in response to the soft start signal.
JP2015131521A 2014-09-24 2015-06-30 Switching power supply Expired - Fee Related JP6554942B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014193589 2014-09-24
JP2014193589 2014-09-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016067194A JP2016067194A (en) 2016-04-28
JP6554942B2 true JP6554942B2 (en) 2019-08-07

Family

ID=55805991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015131521A Expired - Fee Related JP6554942B2 (en) 2014-09-24 2015-06-30 Switching power supply

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6554942B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112018006926T5 (en) 2018-01-23 2020-10-08 Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD FOR CONTROL DEVICE
JP6879436B2 (en) * 2018-10-04 2021-06-02 三菱電機株式会社 Power supply and magnetic resonance imaging

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3370522B2 (en) * 1996-08-21 2003-01-27 オリジン電気株式会社 Boost type bridge inverter circuit and control method thereof
JP2007221892A (en) * 2006-02-15 2007-08-30 Honda Motor Co Ltd Power converter
JP4239111B2 (en) * 2007-06-14 2009-03-18 サンケン電気株式会社 AC-DC converter
JP5914989B2 (en) * 2011-05-30 2016-05-11 サンケン電気株式会社 Switching power supply
JP5594322B2 (en) * 2012-06-14 2014-09-24 株式会社村田製作所 Switching power supply

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016067194A (en) 2016-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6528561B2 (en) High efficiency power factor correction circuit and switching power supply
JP5722959B2 (en) Hybrid adaptive power factor correction scheme for switching power converter
US9318960B2 (en) High efficiency and low loss AC-DC power supply circuit and control method
JP5914989B2 (en) Switching power supply
WO2014034530A1 (en) Switching power supply apparatus
JP5170241B2 (en) Isolated switching power supply
JP2006067730A (en) Power factor improving circuit
KR101739552B1 (en) Hold-up time extending circuit and converter comprising the same
CN103312200A (en) Power converter, current limiting unit, control circuit and related control method
JP2011019371A (en) Dc-dc converter
JP6012822B1 (en) Power converter
JP2014131455A (en) Switching power supply device
CN104396132A (en) Switching power supply unit
TWI505611B (en) Controller, power converter for controlling transformer, and load driving circuit thereof
CN110971107A (en) Switch circuit control method, control circuit and switch circuit
JP2004201373A (en) Switching power circuit
JP2013236428A (en) Dc conversion device
JP2005287249A (en) Switching power supply
JP6554942B2 (en) Switching power supply
CN115642804A (en) Loop gain compensation for interleaved boost converters using cycle time
JP6452231B2 (en) Switching power supply
JP6379877B2 (en) High efficiency power factor correction circuit and switching power supply
US20240275273A1 (en) Multi-mode pfc circuit and control method thereof
CN102468764B (en) Method and device for adjusting gain of resonant converter
KR100966965B1 (en) Multi-Output DC / DC Converters

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180202

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181114

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181120

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190121

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190212

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190417

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20190510

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190611

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190624

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6554942

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees