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JPH099615A - Switching power supply apparatus - Google Patents

Switching power supply apparatus

Info

Publication number
JPH099615A
JPH099615A JP15020395A JP15020395A JPH099615A JP H099615 A JPH099615 A JP H099615A JP 15020395 A JP15020395 A JP 15020395A JP 15020395 A JP15020395 A JP 15020395A JP H099615 A JPH099615 A JP H099615A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
capacitor
inductor
switching
diode
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.)
Pending
Application number
JP15020395A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasufumi Nakajima
康文 中島
敏夫 ▲浜▼口
Toshio Hamaguchi
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial 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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP15020395A priority Critical patent/JPH099615A/en
Publication of JPH099615A publication Critical patent/JPH099615A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide a switching power-supply apparatus by which a switching loss and a noise are reduced by making use of both a voltage resonance and a current resonance and which is low-cost. CONSTITUTION: A first inductor 2 and a switch 3 are connected in series with a DC power supply. A series circuit which is composed of a first capacitor 4, of a first diode 5, of a second capacitor 6 and of a primary winding 12a at a transformer is connected in parallel with the switch. A series circuit which is composed of a third capacitor 6b and of a second diode 8 is connected to a secondary winding 12b at the transformer. Electric power is supplied to a load 10 from the second diode 8 via a smoothing circuit 9. When a switch is turned on, a resonance is generated by a resultant capacitance which is composed of the second and third capacitors and by a leakage inductance 121 at the transformer, and the current of the second diode is made nearly a half-wave resonance waveform. When the switch is turned off, a resonance is generated by a parallel resultant inductance which is composed of an exciting inductance at the transformer, of an inductance component 91 contained in the smoothing circuit and of the first inductor and by the first capacitor, and an applied voltage to the switch becomes nearly a half-wave resonance waveform.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は産業用や民生用の電子機
器において、入力直流電圧に概略比例した直流電圧を負
荷に供給するスイッチング電源装置に関し、特に電圧共
振および電流共振の双方を利用して、スイッチング損失
およびスイッチングノイズを大幅に低減させたスイッチ
ング電源装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply device for supplying a DC voltage approximately proportional to an input DC voltage to a load in an electronic device for industrial use or consumer use, and particularly to utilizing both voltage resonance and current resonance. And a switching power supply device in which switching loss and switching noise are significantly reduced.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、スイッチング電源装置は電子機器
の低価格化・小型化・高性能化・省エネルギー化に伴
い、より小型高効率で、かつ、低価格、低ノイズのもの
が強く求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, switching power supplies have been required to be smaller, more efficient, lower cost, and less noise due to cost reduction, miniaturization, high performance and energy saving of electronic equipment. There is.

【0003】電圧共振および電流共振双方を利用するこ
とによってスイッチング損失およびスイッチングノイズ
を低減させたスイッチング電源装置として、本出願人が
先に出願した特願平5−268706号の明細書および
図面に記載されているものがある。以下、この従来例を
図5及び6に基づいて説明しておく。
As a switching power supply device in which switching loss and switching noise are reduced by utilizing both voltage resonance and current resonance, the description and drawings of Japanese Patent Application No. 5-268706 previously filed by the present applicant are described. There are things that have been done. Hereinafter, this conventional example will be described with reference to FIGS.

【0004】図5は従来例のスイッチング電源の回路構
成を示す。図中、1は入力直流電圧源であり、以下の説
明において、その電圧をVinとする。13は第1スイ
ッチング素子、14は第1ダイオードであり、第1スイ
ッチング素子13と第1ダイオード14とで第1スイッ
チング手段を構成する。15は第2スイッチング素子、
16は第2ダイオードであり、第2スイッチング素子1
5と第2ダイオード16とで第2スイッチング手段を構
成する。第1スイッチング手段と第2スイッチング手段
は直列接続されて入力直流電圧源に接続される。
FIG. 5 shows a circuit configuration of a conventional switching power supply. In the figure, 1 is an input DC voltage source, and in the following description, the voltage is Vin. Reference numeral 13 is a first switching element, 14 is a first diode, and the first switching element 13 and the first diode 14 constitute a first switching means. 15 is a second switching element,
Reference numeral 16 denotes a second diode, which is the second switching element 1
5 and the second diode 16 constitute a second switching means. The first switching means and the second switching means are connected in series and connected to the input DC voltage source.

【0005】17は第1キャパシタであり、第1スイッ
チング素子13の両端に接続され、第1スイッチング素
子13および第2スイッチング素子15に印加される電
圧の急峻な変化を抑える。6aは第2キャパシタであ
り、直流電圧Vc1を保持する。12はトランスで1次
巻線12aと2次巻線12bを有し、1次巻線12aと
2次巻線12bとの巻数比はn:1である。1次巻線1
2aは第2キャパシタ6aを介して第2スイッチング手
段15,16の両端に接続される。
Reference numeral 17 denotes a first capacitor, which is connected to both ends of the first switching element 13 and suppresses a sharp change in the voltage applied to the first switching element 13 and the second switching element 15. A second capacitor 6a holds the DC voltage Vc1. A transformer 12 has a primary winding 12a and a secondary winding 12b, and the turn ratio between the primary winding 12a and the secondary winding 12b is n: 1. Primary winding 1
2a is connected to both ends of the second switching means 15 and 16 via the second capacitor 6a.

【0006】6bは第3キャパシタであり、直流電圧V
c2を保持する。8は第3のダイオードであり、アノー
ドがトランスの2次巻線12bの一端に接続され、カソ
ードが第3キャパシタ6bを介して2次巻線12bの他
端に接続される。9は、インダクタ9l及びキャパシタ
9cによって構成された平滑回路であり、その入力側は
第3ダイオード8の両端に接続され、出力側は負荷10
に接続されている。18は制御回路であり平滑回路9の
出力電圧を検出し、出力電圧が一定になるように第1ス
イッチング素子13と第2スイッチング素子15のオン
オフ比を変える制御信号を発生する。
Reference numeral 6b is a third capacitor, which has a DC voltage V
Hold c2. Reference numeral 8 denotes a third diode, the anode of which is connected to one end of the secondary winding 12b of the transformer and the cathode of which is connected to the other end of the secondary winding 12b through the third capacitor 6b. 9 is a smoothing circuit composed of an inductor 9l and a capacitor 9c, the input side of which is connected to both ends of the third diode 8 and the output side of which is the load 10
It is connected to the. A control circuit 18 detects the output voltage of the smoothing circuit 9 and generates a control signal for changing the on / off ratio of the first switching element 13 and the second switching element 15 so that the output voltage becomes constant.

【0007】12lはトランス12の漏れインダクタン
スまたはインダクタであり、トランス12の1次巻線1
2aに直列に接続されている。第2スイッチング素子1
5のオン期間に、第2キャパシタ6aと第3キャパシタ
6bとを組み合わせた容量とインダクタンス12lとの
共振が生じ、トランス12の2次巻線12bに伝達され
る出力電流が共振電流となる。なお、第1スイッチング
素子13と第2スイッチング素子15とが同時にオフと
なる期間があるように制御回路18が設定されている。
Reference numeral 12l is a leakage inductance or an inductor of the transformer 12, and the primary winding 1 of the transformer 12
2a is connected in series. Second switching element 1
In the ON period of 5, resonance occurs between the capacitance obtained by combining the second capacitor 6a and the third capacitor 6b and the inductance 12l, and the output current transmitted to the secondary winding 12b of the transformer 12 becomes a resonance current. The control circuit 18 is set so that there is a period in which the first switching element 13 and the second switching element 15 are simultaneously turned off.

【0008】以上のように構成された従来のスイッチン
グ電源装置の各部の動作波形が図6に示されている。図
6において(a)は制御回路18の出力の1つである第
1スイッチング素子13の駆動パルス波形vG1を示して
おり、(b)は制御回路18の出力の1つである第2ス
イッチング素子15の駆動パルス波形vG2を示してお
り、(c)はトランス12の1次巻線電流波形iTPを示
しており、(d)は第1スイッチング手段に印加される
電圧波形vTPを示しており、(e)は第3ダイオード8
を流れる電流波形iSDを示しており、(f)は第3ダイ
オード8に印加される電圧波形vSDを示しており、
(g)は平滑回路9の入力電流波形iFLを示している。
FIG. 6 shows operation waveforms of respective parts of the conventional switching power supply device configured as described above. In FIG. 6, (a) shows the drive pulse waveform v G1 of the first switching element 13 which is one of the outputs of the control circuit 18, and (b) shows the second switching which is one of the outputs of the control circuit 18. The driving pulse waveform v G2 of the element 15 is shown, (c) shows the primary winding current waveform i TP of the transformer 12, and (d) shows the voltage waveform v TP applied to the first switching means. (E) shows the third diode 8
Shows the current waveform i SD that flows through, and (f) shows the voltage waveform v SD applied to the third diode 8,
(G) shows the input current waveform i FL of the smoothing circuit 9.

【0009】基本的な動作は下記の通りである。The basic operation is as follows.

【0010】時刻t0において、第2スイッチング素子
15がオフしている状態で制御回路18のオン信号vG1
により第1スイッチング素子13がオンすると、トラン
ス12の1次巻線12aに電圧Vin−Vc1が印加さ
れる。この時トランス12の2次巻線12bに電圧(V
in−Vc1)/nが発生し、第3ダイオード8はオフ
状態を持続する。平滑回路9内のインダクタ9lには、
電圧(Vin−Vc1)/n+Vc2−Vo(但し、V
oは出力電圧)が印加され、インダクタ9lを流れる電
流は直線状に増加する。トランス12の1次巻線12a
の電流iTPはトランス12の励磁電流と2次巻線12b
を流れる電流の1次側換算電流の和となるために直線状
に増加し、トランス12およびインダクタ9lに励磁エ
ネルギーが蓄積される。
At time t 0 , the ON signal v G1 of the control circuit 18 is output while the second switching element 15 is OFF.
Thus, when the first switching element 13 is turned on, the voltage Vin-Vc1 is applied to the primary winding 12a of the transformer 12. At this time, the voltage (V
in-Vc1) / n is generated, and the third diode 8 remains off. In the inductor 9l in the smoothing circuit 9,
Voltage (Vin-Vc1) / n + Vc2-Vo (however, V
(o is an output voltage), and the current flowing through the inductor 9l increases linearly. Primary winding 12a of transformer 12
Current i TP is the exciting current of the transformer 12 and the secondary winding 12b
Since it is the sum of the primary side converted currents of the currents flowing through, the currents linearly increase and the excitation energy is accumulated in the transformer 12 and the inductor 9l.

【0011】時刻t1において、制御回路18のオフ信
号vG1で第1スイッチング素子13がオフすると、第1
スイッチング素子13と第2スイッチング素子15が共
にオフの状態となるが、第1スイッチング素子13の両
端には第3キャパシタ17が接続されているので、第1
スイッチング素子13のターンオフ時におけるトランス
12、その漏れインダクタンスまたはインダクタ12l
およびインダクタ9lに蓄積された励磁エネルギーに起
因する電圧波形の急峻な立ち上がりは緩和され、電圧共
振状態が生ずる。そして、vTPは第2ダイオード16に
よって入力直流電圧源1にクランプされるまで立ち上が
る。
At time t 1 , the first switching element 13 is turned off by the off signal v G1 of the control circuit 18,
Both the switching element 13 and the second switching element 15 are turned off, but since the third capacitor 17 is connected to both ends of the first switching element 13,
The transformer 12, its leakage inductance or the inductor 12l when the switching element 13 is turned off.
Also, the steep rise of the voltage waveform due to the excitation energy accumulated in the inductor 9l is relaxed, and a voltage resonance state occurs. Then, v TP rises until it is clamped to the input DC voltage source 1 by the second diode 16.

【0012】時刻t2において、制御回路18のオン信
号vG2で第2スイッチング素子15がオンするが、オン
電流が第2ダイオード16を流れても第2スイッチング
素子15を流れても動作に大きな変化はない。第2ダイ
オード16または第2スイッチング素子15がオンする
とトランス12の1次巻線12aに第1キャパシタ6a
に保持されている直流電圧Vc1が印加され、トランス
12の2次巻線12bに電圧Vc1/nが発生し、第3
ダイオード8を順バイアスして導通状態にする。
At time t 2 , the second switching element 15 is turned on by the ON signal v G2 of the control circuit 18, but the operation is large regardless of whether the ON current flows through the second diode 16 or the second switching element 15. There is no change. When the second diode 16 or the second switching element 15 is turned on, the first capacitor 6a is attached to the primary winding 12a of the transformer 12.
Is applied to the DC voltage Vc1 held by the transformer 12, a voltage Vc1 / n is generated in the secondary winding 12b of the transformer 12,
The diode 8 is forward-biased to be in a conductive state.

【0013】第1キャパシタ6aと第2キャパシタ6b
とを組み合わせたものと漏れインダクタンスまたはイン
ダクタ12lとによる共振が生ずるが、その共振周波数
は十分小さく設定されている。第3ダイオード8の電流
SDは電流共振状態となり、ゼロから立ち上がってt3
で再びゼロとなる。従って第3ダイオード10はゼロ電
流スイッチングとなり、リカバリは発生しない。
First capacitor 6a and second capacitor 6b
Resonance occurs due to the combination of the above and the leakage inductance or the inductor 12l, but the resonance frequency is set sufficiently low. The current i SD of the third diode 8 becomes a current resonance state and rises from zero to t 3
It becomes zero again. Therefore, the third diode 10 becomes zero current switching, and recovery does not occur.

【0014】またトランス12の励磁インダクタンス値
は励磁電流が負となるように十分小さく設定されている
ために第2スイッチング手段がターンオフするときに、
入力直流電圧源1に電力が回生するように、電流が逆向
きに流れるように設定されるので、第1スイッチング素
子13及び第2スイッチング素子15の寄生容量とトラ
ンス12の分布容量の電荷を放電することが可能とな
る。
Since the exciting inductance value of the transformer 12 is set to be sufficiently small so that the exciting current becomes negative, when the second switching means is turned off,
Since the electric current is set to flow in the opposite direction so that the electric power is regenerated in the input DC voltage source 1, the charges of the parasitic capacitances of the first switching element 13 and the second switching element 15 and the distributed capacitance of the transformer 12 are discharged. It becomes possible to do.

【0015】時刻t4において、第2スイッチング素子
15に負電流が流れているときに制御回路18の出力信
号vG2により第2スイッチング素子15がターンオフす
ると、トランス12の漏れインダクタンスまたはインダ
クタ12lの働きで負の電流は継続しようとするため
に、第1、第2スイッチング素子の接続点の電圧vTP
急峻に立ち下がろうとする。しかし、第1スイッチング
素子13の両端には第3キャパシタ17が接続されてい
るために、第2スイッチング素子15のターンオフ時の
電圧vTPの急峻な立ち下がりは緩和される。そして、第
3キャパシタ17の電荷が入力直流電圧源1に回生され
た後、第1ダイオード14がオンになる。
At time t 4 , when the second switching element 15 is turned off by the output signal v G2 of the control circuit 18 when a negative current is flowing through the second switching element 15, the leakage inductance of the transformer 12 or the action of the inductor 12l. In order to continue the negative current, the voltage v TP at the connection point of the first and second switching elements tries to fall sharply. However, since the third capacitor 17 is connected to both ends of the first switching element 13, the sharp fall of the voltage v TP when the second switching element 15 is turned off is mitigated. Then, after the charge of the third capacitor 17 is regenerated to the input DC voltage source 1, the first diode 14 is turned on.

【0016】時刻t5で再び第1スイッチング素子13
がオンになり、時刻t0以降の動作が繰り返される。
At time t 5 , the first switching element 13 is again turned on.
Is turned on, and the operation after time t 0 is repeated.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来構成にあっ
ては、電流共振を十分活用しているものの、電圧共振に
ついては0から入力電圧Vinまでの範囲で部分的に使
用しているにすぎない。また、スイッチング素子を2個
必要とし、そのうちのハイ側のスイッチ素子(図5中の
15)の駆動回路が複雑になる。このため、十分に低ノ
イズ、低価格とはいえず、改善の余地があった。
In the above conventional structure, although the current resonance is fully utilized, the voltage resonance is only partially used in the range from 0 to the input voltage Vin. Absent. Further, two switching elements are required, and the driving circuit for the high-side switching element (15 in FIG. 5) among them becomes complicated. Therefore, it cannot be said that the noise and the price are sufficiently low, and there is room for improvement.

【0018】そこで、本発明の目的は、上記のような従
来の課題を解決すべく、スイッチング素子をロー側の1
個のみとすることによって低価格化を図るとともに、電
圧共振および電流共振の双方を十分に活用することによ
って、スイッチング損失およびスイッチングノイズを大
幅に低減したスイッチング電源装置を提供することにあ
る。
Therefore, an object of the present invention is to set the switching element to the low side in order to solve the above conventional problems.
It is an object of the present invention to provide a switching power supply device in which the cost is reduced by using only one unit and the switching loss and the switching noise are significantly reduced by fully utilizing both the voltage resonance and the current resonance.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のスイッチング電源装置の第1の特徴構成によ
れば、入力直流電圧源に第1インダクタとスイッチング
素子とが直列接続され、前記スイッチング素子に第1キ
ャパシタと第1単方向性導通素子とがそれぞれ並列に接
続され、前記第1単方向性導通素子は、前記直流電圧源
と無充電状態の前記第1インダクタとで導通されること
がない向きに配置され、さらに、第2キャパシタと、第
2インダクタと、第2単方向性導通素子とを直列接続し
たものが前記スイッチング素子と並列に接続され、前記
第2単方向性導通素子は、前記スイッチング素子がオフ
のときに前記入力直流電圧源と無充電状態の前記第1イ
ンダクタと無充電状態の前記第2キャパシタと無充電状
態の前記第2インダクタとで導通されることがない向き
に配置され、前記第2単方向性導通素子の両端に平滑回
路の入力側が接続され、前記平滑回路の出力側から負荷
に対して電力が供給され、前記スイッチング素子がオン
の状態において、前記第2キャパシタ、前記第2インダ
クタ、前記第2単方向性導通素子、及び前記スイッチン
グ素子からなる閉回路で共振し、前記閉回路を流れる電
流が概略半波電流共振波形となり、一方、前記スイッチ
ング素子がオフの状態において、前記スイッチング素子
の両端間電圧が概略半波電圧共振波形となる。
According to a first characteristic configuration of a switching power supply device of the present invention for achieving the above object, a first inductor and a switching element are connected in series to an input DC voltage source, and A first capacitor and a first unidirectional conducting element are respectively connected in parallel to the switching element, and the first unidirectional conducting element is conducted by the DC voltage source and the first inductor in the uncharged state. And a second capacitor, a second inductor, and a second unidirectional conductive element connected in series are connected in parallel with the switching element, and the second unidirectional conductive element is connected in parallel. The element includes an input DC voltage source, the first inductor in an uncharged state, the second capacitor in an uncharged state, and the second inductor in an uncharged state when the switching element is off. The second unidirectional conducting element is connected to the input side of the smoothing circuit at both ends of the second unidirectional conducting element, and power is supplied to the load from the output side of the smoothing circuit. When the switching element is on, the current that resonates in the closed circuit composed of the second capacitor, the second inductor, the second unidirectional conducting element, and the switching element, and flows through the closed circuit is a half-wave current. On the other hand, when the switching element is off, the voltage across the switching element has a substantially half-wave voltage resonance waveform.

【0020】第2の特徴構成によれば、入力直流電圧源
に第1インダクタとスイッチング素子とが直列接続さ
れ、前記スイッチング素子に第1キャパシタと第1単方
向性導通素子とがそれぞれ並列に接続され、前記第1単
方向性導通素子は前記直流電圧源と無充電状態の前記第
1インダクタとで導通されることがない向きに配置さ
れ、さらに、第2キャパシタと、1次巻線及び2次巻線
と漏れインダクタンスを有するトランスの1次巻線とを
直列接続したものが前記スイッチング素子と並列に接続
され、前記トランスの2次巻線に、第3キャパシタと第
2単方向性導通素子とを直列接続したものが接続され、
前記第2単方向性導通素子は、前記スイッチング素子が
オフのときに無充電状態の前記トランスを介して前記入
力直流電圧源と無充電状態の前記第1インダクタと無充
電状態の前記第2キャパシタと無充電状態の前記第3キ
ャパシタとで導通されることがない向きに配置され、前
記第2単方向性導通素子の両端に平滑回路の入力側が接
続され、前記平滑回路の出力側から負荷に対して電力が
供給され、前記スイッチング素子がオンの状態におい
て、前記トランスを介して直列接続される前記第2キャ
パシタ、前記第3キャパシタ、前記第2単方向性導通素
子、及び前記スイッチング素子からなる閉回路で共振
し、前記閉回路を流れる電流が概略半波電流共振波形と
なり、一方、前記スイッチング素子がオフの状態におい
て、前記スイッチング素子の両端間電圧が概略半波電圧
共振波形となる。
According to the second characteristic configuration, the input DC voltage source is connected in series with the first inductor and the switching element, and the switching element is connected in parallel with the first capacitor and the first unidirectional conducting element. The first unidirectional conducting element is arranged in a direction in which the DC voltage source and the first inductor in the uncharged state are not electrically connected, and further, the second capacitor, the primary winding, and the second winding. A secondary winding and a primary winding of a transformer having a leakage inductance, which are connected in series, are connected in parallel with the switching element, and a secondary winding of the transformer has a third capacitor and a second unidirectional conducting element. Connected in series are connected,
The second unidirectional conducting element includes the input DC voltage source, the uncharged first inductor, and the uncharged second capacitor via the uncharged transformer when the switching element is off. And the third capacitor in the non-charged state are arranged so as not to conduct electricity, the input side of the smoothing circuit is connected to both ends of the second unidirectional conducting element, and the output side of the smoothing circuit is connected to the load Power is supplied to the switching element, and when the switching element is on, the second capacitor, the third capacitor, the second unidirectional conducting element, and the switching element are connected in series via the transformer. The current flowing through the closed circuit resonates in a closed circuit and becomes a substantially half-wave current resonance waveform. The voltage across the child is a schematic half-wave voltage resonance waveform.

【0021】[0021]

【作用】上記のような特徴構成によって、スイッチング
素子がオフのときは半波電圧共振を実現でき、スイッチ
ング素子がオンのときは半波電流共振を実現できる。ス
イッチング素子がオンになる際は、スイッチング素子に
並列のキャパシタのみならず、等価的にスイッチング素
子に並列に存在するスイッチング素子や単方向性導通素
子の寄生容量およびトランスの分布容量などに蓄えられ
たエネルギーを放電してからターンオンするのでスパイ
ク電流の発生が無く、スイッチング手段がオフになる際
は、トランスの漏れインダクタンスの影響によるスパイ
ク電圧の発生が無い。トランスの漏れインダクタンスま
たはインダクタとキャパシタとの共振によって、第2単
方向導通素子(例えばダイオード)のゼロ電流スイッチ
ングが達成され、ダイオードのターンオフリカバリの発
生を無くすることができるので、低ノイズで高効率のス
イッチング電源を実現することができる。
With the above characteristic configuration, half-wave voltage resonance can be realized when the switching element is off, and half-wave current resonance can be realized when the switching element is on. When the switching element is turned on, it is stored not only in the capacitor in parallel with the switching element but also in the parasitic capacitance of the switching element and the unidirectional conductive element equivalently existing in parallel with the switching element and the distributed capacitance of the transformer. Since the energy is discharged and then turned on, no spike current is generated, and when the switching means is turned off, no spike voltage is generated due to the influence of the leakage inductance of the transformer. Due to the leakage inductance of the transformer or the resonance between the inductor and the capacitor, zero current switching of the second unidirectional conducting element (for example, diode) can be achieved, and the occurrence of turn-off recovery of the diode can be eliminated, resulting in low noise and high efficiency. It is possible to realize a switching power supply.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】図1は本発明の第1実施例を示す回路図で
ある。図1において、従来例の説明で用いた図5の回路
素子と同一の働きをする回路素子については、図5の回
路素子と同一の番号を付している。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, circuit elements having the same functions as those of the circuit element of FIG. 5 used in the description of the conventional example are given the same numbers as the circuit elements of FIG.

【0024】入力直流電圧源1に対して第1インダクタ
2とスイッチング素子3とが直列に接続され、スイッチ
ング素子3には、第1キャパシタ4と、第1単方向性導
通素子としての第1ダイオード5とがそれぞれ並列に接
続されている。第1ダイオード5は、直流電圧源1に対
して逆方向となるように接続され、直流電圧源1と無充
電状態の第1インダクタ2とによって順方向にバイアス
されることはない。
A first inductor 2 and a switching element 3 are connected in series to an input DC voltage source 1, and the switching element 3 includes a first capacitor 4 and a first diode as a first unidirectional conducting element. 5 and 5 are connected in parallel. The first diode 5 is connected in the reverse direction to the DC voltage source 1, and is not forward biased by the DC voltage source 1 and the first inductor 2 in the uncharged state.

【0025】さらに、第2キャパシタ6と、第2インダ
クタ7と、第2単方向性導通素子としての第2ダイオー
ド8とを直列接続したものがスイッチング素子3と並列
に接続されている。第2ダイオード8も直流電圧源に対
して逆方向となるように接続されている。つまり、スイ
ッチング素子3がオフのときに直流電圧源1と無充電状
態の第1インダクタ2と無充電状態の第2キャパシタ6
と無充電状態の第2インダクタ7とによって順方向にバ
イアスされることはない。
Further, a series connection of the second capacitor 6, the second inductor 7, and the second diode 8 as the second unidirectional conducting element is connected in parallel with the switching element 3. The second diode 8 is also connected in the opposite direction to the DC voltage source. That is, when the switching element 3 is off, the DC voltage source 1, the first inductor 2 in the uncharged state, and the second capacitor 6 in the uncharged state.
And the second inductor 7 in the uncharged state is not biased in the forward direction.

【0026】第2ダイオード8の両端には、第3インダ
クタ9l及び第3キャパシタ9cで構成された平滑回路
9の入力側が接続され、その出力側に負荷10が接続さ
れている。スイッチング素子3がオンの状態において、
第2キャパシタ6、第2インダクタ7、第2ダイオード
8、及びスイッチング素子3からなる閉回路で共振す
る。そして、この閉回路を流れる電流は概略半波電流共
振波形となる。一方、スイッチング素子3がオフの状態
においては、スイッチング素子3の両端間電圧が概略半
波電圧共振波形となる。
An input side of a smoothing circuit 9 composed of a third inductor 9l and a third capacitor 9c is connected to both ends of the second diode 8, and a load 10 is connected to its output side. When the switching element 3 is on,
Resonance occurs in a closed circuit including the second capacitor 6, the second inductor 7, the second diode 8 and the switching element 3. The current flowing through this closed circuit has a roughly half-wave current resonance waveform. On the other hand, when the switching element 3 is off, the voltage across the switching element 3 has a substantially half-wave voltage resonance waveform.

【0027】尚、11は制御回路であり、上記の電流共
振及び電圧共振を維持するようにスイッチング素子3の
オンオフを制御する制御信号を発生する。
Reference numeral 11 is a control circuit, which generates a control signal for controlling ON / OFF of the switching element 3 so as to maintain the current resonance and the voltage resonance.

【0028】以上のように構成されたスイッチング電源
装置の動作を、図2に示す各部の動作波形を参照しなが
ら説明する。なお、以下の説明では、第1キャパシタ4
と並列に存在するスイッチング素子3又はダイオード5
や等価的に並列になる第1インダクタ2の分布容量等に
ついては、説明の簡略化のために、第1キャパシタ4に
含まれるものとして説明する。
The operation of the switching power supply device configured as described above will be described with reference to the operation waveforms of the respective parts shown in FIG. In the following description, the first capacitor 4
Switching element 3 or diode 5 existing in parallel with
The distributed capacitance and the like of the first inductor 2 that is equivalently paralleled will be described as being included in the first capacitor 4 for simplification of the description.

【0029】図2において、(a)は制御回路11の出
力であるスイッチング素子3の駆動パルスvPGを示して
おり、(b)は第1インダクタ2を流れる電流iINを、
(c)はスイッチング素子3に印加される電圧vPSを、
(d)は並列接続されたスイッチング素子3、第1ダイ
オード5、及び第1キャパシタ4を流れる電流の総和i
PSを、(e)は第2ダイオード8に印加される電圧vSD
を、(f)は第2ダイオード8を流れる電流iSDを、
(g)は平滑回路9の入力電流iFLをそれぞれ示してい
る。
In FIG. 2, (a) shows the drive pulse v PG of the switching element 3 which is the output of the control circuit 11, and (b) shows the current i IN flowing through the first inductor 2,
(C) shows the voltage v PS applied to the switching element 3,
(D) is the sum i of currents flowing through the switching element 3, the first diode 5, and the first capacitor 4 connected in parallel.
PS , (e) is the voltage v SD applied to the second diode 8
(F) is the current i SD flowing through the second diode 8,
(G) shows the input current i FL of the smoothing circuit 9, respectively.

【0030】基本的な動作は下記の通りである。The basic operation is as follows.

【0031】まず、時刻t0において、制御回路11の
出力vPGによりスイッチング素子3がオフし、第1ダイ
オード5及び第2ダイオード8が共にオフの状態が生ず
る。この状態において、第1キャパシタ4の容量値が入
力直流電圧源の等価的な容量値あるいは第2キャパシタ
6及び第3キャパシタ9cの容量値より十分小さく設定
され、かつ、第3インダクタ9lのインダクタンス値が
第2インダクタ7のインダクタンス値より十分大きく設
定されておれば、入力直流電圧源1、第2キャパシタ
6、第3キャパシタ9c、そして第2インダクタ7はす
べて無視できる。従って、第1インダクタ2及び第3イ
ンダクタ9lの並列インダクタンスと第1キャパシタ4
とが共振回路を構成している。
First, at time t 0 , the switching element 3 is turned off by the output v PG of the control circuit 11, and the first diode 5 and the second diode 8 are both turned off. In this state, the capacitance value of the first capacitor 4 is set sufficiently smaller than the equivalent capacitance value of the input DC voltage source or the capacitance values of the second capacitor 6 and the third capacitor 9c, and the inductance value of the third inductor 9l. Is set to be sufficiently larger than the inductance value of the second inductor 7, the input DC voltage source 1, the second capacitor 6, the third capacitor 9c, and the second inductor 7 can all be ignored. Therefore, the parallel inductance of the first inductor 2 and the third inductor 9l and the first capacitor 4
And form a resonance circuit.

【0032】時刻t0における第1インダクタ2を流れ
る電流iINと第3インダクタ9lを流れる電流iFLとを
比べるとiINのほうが大きいため、第1キャパシタ4の
両端電位差vPSは上昇し始め、ピークに達した後下降に
転ずる共振状態になる。第1キャパシタ4の両端電位差
PSが下降してほぼゼロに達し、第1ダイオード5が導
通を始める時点が時刻t1である。時刻t0からt1まで
の間、第1キャパシタ4の両端電位差であるvPSは概略
半波電圧共振波形となり、急峻な電圧変化がないのでノ
イズが少ない。並列接続されたスイッチング素子3、第
1ダイオード5、及び第1キャパシタ4を流れる電流の
和iPSは、時刻t1において負となる。
Comparing the current i IN flowing through the first inductor 2 and the current i FL flowing through the third inductor 9l at time t 0 , i IN is larger, so that the potential difference v PS across the first capacitor 4 starts to rise. After reaching the peak, the resonance state starts to fall. The time point t 1 is the time point when the potential difference v PS across the first capacitor 4 decreases and reaches almost zero, and the first diode 5 starts to conduct. From time t 0 to t 1 , v PS, which is the potential difference across the first capacitor 4, has a roughly half-wave voltage resonance waveform, and there is no abrupt voltage change, so there is little noise. The sum i PS of the currents flowing through the switching element 3, the first diode 5, and the first capacitor 4 connected in parallel becomes negative at time t 1 .

【0033】時刻t1で第1ダイオード5がオンになり
電流iPSが負を維持している間に、時刻t2において御
回路11の出力vPGによりスイッチング素子3がオンに
なる。第2キャパシタ6の容量値は第1キャパシタ4の
容量値より十分大きく設定してあるため第2キャパシタ
6の両端間電位差の変動は第1キャパシタ4のそれに比
べ非常に小さい。また、スイッチング素子3に印加され
る電圧vPSの最小値は第1ダイオード5でクランプされ
るため概略0であり、同様に第2ダイオード8に印加さ
れる電圧vSDの最小値も概略0であるため、第2キャパ
シタ6の両端間電位差はほぼ0に維持される。このた
め、時刻t1において第1ダイオード5がオンするのと
前後して第2ダイオード8の電流iSDが流れ始める。ま
た、時刻t 1からt2の間、第1ダイオード5はオンを継
続しているため、スイッチング素子に印加される電圧v
PSは概略0である。時刻t2においてスイッチング素子
3がオンになるが、このときスイッチング素子に印加さ
れる電圧vPSは概略0であるため、スイッチング素子3
のオンに伴うスイッチングノイズは非常に小さい。
Time t1And the first diode 5 turns on.
Current iPSIs negative while time t2At
Output v of circuit 11PGSwitching element 3 turns on
Become. The capacitance value of the second capacitor 6 is equal to that of the first capacitor 4.
Second capacitor because it is set sufficiently larger than the capacitance value
The fluctuation of the potential difference between both ends of 6 is larger than that of the first capacitor 4.
Very small. Also, it is applied to the switching element 3.
Voltage vPSThe minimum value of is clamped by the first diode 5
Therefore, it is approximately 0, and similarly applied to the second diode 8.
Voltage vSDSince the minimum value of is approximately 0, the second capacity
The potential difference between both ends of the shutter 6 is maintained at almost zero. others
Therefore, time t1The first diode 5 turns on at
Before and after the current i of the second diode 8SDBegins to flow. Ma
At time t 1To t2While the first diode 5 is ON,
Since it continues, the voltage v applied to the switching element
PSIs approximately 0. Time t2At switching element
3 turns on, but at this time it is not applied to the switching element.
Voltage vPSIs approximately 0, the switching element 3
The switching noise associated with turning on is very small.

【0034】時刻t2においてスイッチング素子3がオ
ンになると、スイッチング素子3、第2ダイオード8、
第2インダクタ7、及び第2キャパシタ6よって直列共
振回路が形成される。第2キャパシタ6に保持されてい
る電圧は前述の通り概略0であるが、厳密には、スイッ
チング素子3のオフ期間中に、vPS>vSDとなるように
充電される。その結果、第2ダイオード8が順バイアス
され、共振電流が流れ始める。共振周波数は十分小さく
設定される。時刻t3で共振電流が再びゼロになり、第
2ダイオード8が逆バイアスされるので、共振電流は半
波になる。第2ダイオード8はゼロ電流スイッチングと
なり、ターンオフ時のリカバリノイズは非常に小さい。
When the switching element 3 is turned on at time t 2 , the switching element 3, the second diode 8,
A series resonance circuit is formed by the second inductor 7 and the second capacitor 6. The voltage held in the second capacitor 6 is approximately 0 as described above, but strictly speaking, it is charged so that v PS > v SD during the OFF period of the switching element 3. As a result, the second diode 8 is forward biased and the resonance current starts to flow. The resonance frequency is set sufficiently small. Resonant current becomes zero again at time t 3, since the second diode 8 is reverse biased, the resonance current is half-wave. The second diode 8 has zero current switching, and the recovery noise at turn-off is very small.

【0035】時刻t3において第2ダイオード8がオフ
になった後、時刻t4においてスイッチング素子3がオ
フするまで、各インダクタ及びキャパシタの充電が継続
される。時刻t4において制御回路11の出力vPGによ
りスイッチング素子3がオフすると時刻t0と同じ動作
状態となり、以後、同じ動作が繰り返される。
After the second diode 8 is turned off at time t 3 , the charging of each inductor and the capacitor is continued until the switching element 3 is turned off at time t 4 . When the switching element 3 is turned off by the output v PG of the control circuit 11 at time t 4 , the same operation state as at time t 0 is entered, and thereafter, the same operation is repeated.

【0036】次に本発明の第2実施例を図3及び図4に
基づいて説明する。この実施例は、図3の回路図に示す
ようにトランスを有する点で第1実施例と大きく異な
る。トランスを挿入することにより、1次・2次間の絶
縁が確保されるとともに、巻数比を変えることによって
出力電圧を適宜設定することができる。尚、図3に示す
第2実施例の回路図において、図1または図5の回路図
における回路素子と同一の働きをするものについては、
同一の番号を付している。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is greatly different from the first embodiment in that it has a transformer as shown in the circuit diagram of FIG. By inserting the transformer, the insulation between the primary and the secondary can be secured, and the output voltage can be appropriately set by changing the winding ratio. In the circuit diagram of the second embodiment shown in FIG. 3, those having the same function as the circuit elements in the circuit diagram of FIG. 1 or 5 are as follows.
The same number is attached.

【0037】図3に示すように、入力直流電圧源1に対
して第1インダクタ2とスイッチング素子3とが直列に
接続され、スイッチング素子3には、第1キャパシタ4
と、第1単方向性導通素子としての第1ダイオード5と
がそれぞれ並列に接続されている。第1ダイオード5
は、直流電圧源1に対して逆方向となるように接続さ
れ、直流電圧源1と無充電状態の第1インダクタ2とに
よって順方向にバイアスされることはない。
As shown in FIG. 3, a first inductor 2 and a switching element 3 are connected in series to an input DC voltage source 1, and the switching element 3 has a first capacitor 4 connected thereto.
And a first diode 5 as a first unidirectional conducting element are connected in parallel. First diode 5
Is connected in the reverse direction to the DC voltage source 1 and is not forward biased by the DC voltage source 1 and the first inductor 2 in the uncharged state.

【0038】さらに、第2キャパシタ6aと、トランス
12の1次巻線12aとを直列接続したものがスイッチ
ング素子3と並列に接続されている。尚、1次巻線12
aと直列に接続されている12lはトランス12の漏れ
インダクタンス、又は、漏れインダクタンスと1次側も
しくは2次側に接続された付加的な第2インダクタとの
合成インダクタンスを1次側に換算したインダクタンス
である。
Further, the series connection of the second capacitor 6a and the primary winding 12a of the transformer 12 is connected in parallel with the switching element 3. The primary winding 12
Reference numeral 12l connected in series with a is an inductance obtained by converting the leakage inductance of the transformer 12 or a combined inductance of the leakage inductance and an additional second inductor connected to the primary side or the secondary side into the primary side. Is.

【0039】また、トランス12の2次巻線12bには
第3キャパシタ6bと、第2単方向性導通素子としての
第2ダイオード8とを直列接続したものが接続されてい
る。第2ダイオード8は、図3に示す方向で接続され、
スイッチング素子3がオフの時に無充電状態のトランス
12を介して入力直流電圧源1と無充電状態の第1イン
ダクタ2と無充電状態の第2キャパシタ6aと無充電状
態の第3キャパシタ6bとで順方向にバイアスされるこ
とはない。第2ダイオード8の両端には第3インダクタ
9l及び第4キャパシタ9cで構成された平滑回路9の
入力側が接続され、その出力側に負荷10が接続されて
いる。
The secondary winding 12b of the transformer 12 is connected with a third capacitor 6b and a second diode 8 as a second unidirectional conducting element connected in series. The second diode 8 is connected in the direction shown in FIG.
When the switching element 3 is off, the input DC voltage source 1, the uncharged first inductor 2, the uncharged second capacitor 6a, and the uncharged third capacitor 6b are connected via the uncharged transformer 12. It is not forward biased. The input side of the smoothing circuit 9 composed of the third inductor 9l and the fourth capacitor 9c is connected to both ends of the second diode 8, and the load 10 is connected to the output side thereof.

【0040】スイッチング素子3がオンの状態におい
て、トランス12を介して直列接続される第2キャパシ
タ6a、第3キャパシタ6b、第2ダイオード8、スイ
ッチング素子3からなる閉回路で共振する。そして、第
2ダイオード8を流れる電流i SDは概略半波共振電流波
形となる。一方、スイッチング素子3がオフの状態にお
いては、スイッチング素子の両端間電圧が概略半波電圧
共振波形となる。
The switching element 3 is in the ON state
The second capacitor connected in series via the transformer 12.
Switch 6a, third capacitor 6b, second diode 8, switch
It resonates in a closed circuit composed of the switching element 3. And the second
2 Current flowing through diode 8 i SDIs a half-wave resonant current wave
Be in shape. On the other hand, the switching element 3 is turned off.
The voltage across the switching element is approximately a half-wave voltage.
It becomes a resonance waveform.

【0041】以上のように構成されたスイッチング電源
装置の動作を、図4に示す各部の動作波形を参照しなが
ら説明する。なお、以下の説明では、第1キャパシタ4
と並列に存在するスイッチング素子3又はダイオード5
の寄生容量や等価的に並列になるトランスの分布容量又
は第1インダクタンスの分布容量等については、説明の
簡略化のために、第1キャパシタ4に含まれるものとし
て説明する。
The operation of the switching power supply device configured as described above will be described with reference to the operation waveforms of the respective parts shown in FIG. In the following description, the first capacitor 4
Switching element 3 or diode 5 existing in parallel with
The parasitic capacitance, the distributed capacitance of the transformer that is equivalently paralleled, the distributed capacitance of the first inductance, and the like will be described as being included in the first capacitor 4 for the sake of simplification of the description.

【0042】図4において、(a)は制御回路11の出
力であるスイッチング素子3の駆動パルスvPGを示して
おり、(b)は第1インダクタ2を流れる電流iINを、
(c)はスイッチング素子3に印加される電圧vPSを、
(d)は並列接続されたスイッチング素子3、第1ダイ
オード5、及び第1キャパシタ4を流れる電流の和i PS
を、(e)は第2ダイオード8に印加される電圧v
SDを、(f)は第2ダイオード8を流れる電流iSDを、
(g)は平滑回路9の入力電流iFLをそれぞれ示してい
る。
In FIG. 4, (a) shows the output of the control circuit 11.
Drive pulse v of the switching element 3 which is forcePGShowing
(B) shows the current i flowing through the first inductor 2.INTo
(C) is the voltage v applied to the switching element 3.PSTo
(D) is a switching element 3 and a first die connected in parallel
The sum i of the currents flowing through the ode 5 and the first capacitor 4 PS
(E) is the voltage v applied to the second diode 8.
SD(F) is the current i flowing through the second diode 8.SDTo
(G) is the input current i of the smoothing circuit 9FLAre shown respectively
You.

【0043】基本的な動作は下記の通りである。The basic operation is as follows.

【0044】まず、時刻t0において、制御回路11の
出力vPGによりスイッチング素子3がオフし、第1ダイ
オード5及び第2ダイオード8が共にオフの状態が生ず
る。この状態において、第1キャパシタ4の容量値が入
力直流電圧源の等価的な容量値あるいは第2キャパシタ
6aの容量値、さらに、第3キャパシタ6b及び第4キ
ャパシタ9cの容量値の1次側換算値より十分小さく設
定され、かつ、インダクタンス12lのインダクタンス
値が第3インダクタ9lのインダクタンス値の1次側換
算値あるいはトランス12の1次側励磁インダクタンス
値あるいは第1インダクタ2のインダクタンス値より十
分小きく設定されておれば、入力直流電圧源、第2キャ
パシタ6a、第3キャパシタ6b、そしてインダクタン
ス12lはすべて無視できる。従って、トランス12の
1次側励磁インダクタンス、第1インダクタ2、及び第
3インダクタ9lの1次側換算インダクタンスの並列イ
ンダクタンス値と、第1キャパシタ4の容量値とで決ま
る共振周波数を持つ共振回路が形成されている。時刻t
0における第1インダクタ2を流れる電流iINと第3イ
ンダクタ9lを流れる電流iFLの1次側換算値とを比べ
るとiINのほうが大きいため、第1キャパシタ4の両端
電位差vPSは上昇し始め、ピークに達した後、下降に転
ずる共振状態になる共振状態になる。第1キャパシタ4
の両端電位差vPSが降下してほぼ0に達し、第1ダイオ
ード5が導通を始める時点が時刻t1である。時刻t0
らt1までの間、第1キャパシタ4の両端電位差vPS
概略半波電圧共振波形となり、電圧の急峻な変化がない
ため、ノイズが少ない。時刻t 1における並列接続され
たスイッチング素子3、第1ダイオード5、第1キャパ
シタ4を流れる電流の和iPSは、共振のため、負であ
る。
First, time t0In the control circuit 11,
Output vPGCauses the switching element 3 to turn off and the first die
Both the ode 5 and the second diode 8 are not turned off.
You. In this state, the capacitance value of the first capacitor 4 is
DC voltage source equivalent capacitance value or second capacitor
6a, the third capacitor 6b and the fourth key.
Set the capacity of the capacitor 9c sufficiently smaller than the converted value on the primary side.
And the inductance of the inductance 12l
Primary conversion of the inductance value of the third inductor 9l
Calculated value or primary side exciting inductance of transformer 12
Value or the inductance value of the first inductor 2
If the setting is small, the input DC voltage source and the second
Passer 6a, third capacitor 6b, and inductor
All 12l can be ignored. Therefore, the transformer 12
Primary side exciting inductance, first inductor 2, and
Parallel inductor of primary side equivalent inductance of 3 inductor 9l
It is determined by the inductance value and the capacitance value of the first capacitor 4.
A resonance circuit having a resonance frequency of Time t
0Current i flowing through the first inductor 2 atINAnd third a
Current i flowing through inductor 9lFLCompare with the primary conversion value of
And iINIs larger, both ends of the first capacitor 4
Potential difference vPSBegins to rise, peaks and then falls.
It becomes a resonance state in which it shifts. First capacitor 4
Potential difference v acrossPSDropped to almost 0, and the first Dio
The time when the card 5 starts conducting is time t1It is. Time t0Or
Et t1Up to, the potential difference v across the first capacitor 4PSIs
Approximately half-wave voltage resonance waveform, no sharp voltage change
Therefore, there is little noise. Time t 1Are connected in parallel in
Switching element 3, first diode 5, first capacitor
Sum of currents flowing through the shutter 4 iPSIs negative because of resonance
You.

【0045】時刻t1において、第1ダイオード5がオ
ンし、並列接続されたスイッチング素子3、第1ダイオ
ード5、第1キャパシタ4を流れる電流の和iPSが負を
維持している間の時刻t2で制御回路11の出力vPG
よりスイッチング素子3をオンする。第2キャパシタ6
aの容量値及び第3キャパシタ6bの1次側換算容量値
は第1キャパシタ4の容量値より十分大きく設定してあ
るため、トランスを介して直列接続された第2キャパシ
タ6aと第3キャパシタ6bの合成容量の両端間電位差
の変動は第1キャパシタ4のそれに比べ非常に小さい。
また、スイッチング素子3に印加される電圧vPSの最小
値は第1ダイオード5でクランプされるため概略0であ
り、同様に第2ダイオード8に印加される電圧vSDの最
小値も概略0であるため、トランス12を介して直列接
続される第2キャパシタ6aと第3キャパシタ6bとの
合成容量の両端間電位差はほぼ0に維持される。このた
め、時刻t1において第1ダイオード5がオンするのと
前後して第2ダイオード8の電流iSDが流れ始める。ま
た、時刻t1からt2の間、第1ダイオード5はオンを継
続しているため、スイッチング素子に印加される電圧v
PSは概略0である。時刻t2においてスイッチング素子
3がオンになるが、このときスイッチング素子に印加さ
れる電圧vPSは概略0であるため、スイッチング素子3
のオンに伴うスイッチングノイズは非常に小さい。
At time t 1 , the time during which the first diode 5 is turned on and the sum i PS of the currents flowing through the switching element 3, the first diode 5 and the first capacitor 4 connected in parallel remains negative. At t 2 , the switching element 3 is turned on by the output v PG of the control circuit 11. Second capacitor 6
Since the capacitance value of a and the primary-side converted capacitance value of the third capacitor 6b are set to be sufficiently larger than the capacitance value of the first capacitor 4, the second capacitor 6a and the third capacitor 6b connected in series via a transformer. The fluctuation of the potential difference between both ends of the combined capacitance of is smaller than that of the first capacitor 4.
The minimum value of the voltage v PS applied to the switching element 3 is approximately 0 because it is clamped by the first diode 5, and the minimum value of the voltage v SD applied to the second diode 8 is also approximately 0. Therefore, the potential difference between both ends of the combined capacitance of the second capacitor 6a and the third capacitor 6b connected in series via the transformer 12 is maintained at almost zero. Therefore, the current i SD of the second diode 8 starts to flow before and after the first diode 5 is turned on at time t 1 . Further, since the first diode 5 continues to be turned on from the time t 1 to the time t 2 , the voltage v applied to the switching element is
PS is roughly 0. At time t 2 , the switching element 3 is turned on, but since the voltage v PS applied to the switching element at this time is approximately 0, the switching element 3 is turned on.
The switching noise associated with turning on is very small.

【0046】時刻t2においてスイッチング素子3がオ
ンになると、トランス12を介して、スイッチング素子
3、第2ダイオード8、第2キャパシタ6a、第3キャ
パシタ6b、インダクタンス12lよって直列共振回路
が形成される。トランスを介して直列接続された第2キ
ャパシタ6aと第3キャパシタ6bとの合成容量に保持
されている電圧は前述の通り概略0であるが、厳密に
は、スイッチング素子3のオフ期間中に、vPS>vSD
なるように充電される。その結果、第2ダイオード8が
順バイアスされ、共振電流が流れ始める。共振周波数は
十分小さく設定される。t3で共振電流は再びゼロとな
り、第2ダイオード8が逆バイアスされるので、共振電
流は半波になる。第2ダイオード8はゼロ電流スイッチ
ングとなり、ターンオフ時のリカバリノイズは非常に小
さい。
When the switching element 3 is turned on at time t 2 , a series resonance circuit is formed by the switching element 3, the second diode 8, the second capacitor 6a, the third capacitor 6b, and the inductance 12l via the transformer 12. . The voltage held in the combined capacitance of the second capacitor 6a and the third capacitor 6b connected in series via the transformer is approximately 0 as described above, but strictly speaking, during the off period of the switching element 3, It is charged so that v PS > v SD . As a result, the second diode 8 is forward biased and the resonance current starts to flow. The resonance frequency is set sufficiently small. At t 3 , the resonance current becomes zero again and the second diode 8 is reverse biased, so that the resonance current becomes a half wave. The second diode 8 has zero current switching, and the recovery noise at turn-off is very small.

【0047】時刻t3において第2ダイオード8がオフ
になった後、時刻t4においてスイッチング素子3がオ
フするまで、各インダクタ及びキャパシタの充電が継続
される。時刻t4において制御回路11の出力vPGによ
りスイッチング素子3がオフすると時刻t0と同じ動作
状態となり、以後、同じ動作が繰り返される。
The second diode 8 at time t 3 is after turned off, the switching element 3 at time t 4 until the off, charging of the inductors and capacitors is continued. When the switching element 3 is turned off by the output v PG of the control circuit 11 at time t 4 , the same operation state as at time t 0 is entered, and thereafter, the same operation is repeated.

【0048】第1及び第2の実施例の説明において、電
源として直流電圧源を使用しているが、交流電源を整流
平滑して得られる電圧源を用いても特に問題がないこと
は明らかである。また、スイッチング素子3として具体
的な限定はしていないが、パワートランジスタやパワー
MOSFETなどを使用することができる。パワーMO
SFETを使用した場合は、第1単方向性導通素子5と
してパワーMOSFETの寄生ダイオードを使用するこ
とができる。パワートランジスタを使用した場合は、パ
ワートランジスタのベースとコレクタとの間のダイオー
ドを順方向にバイアスする方向に、パワートランジスタ
のベース端子とエミッタ端子との間にダイオードを付加
することによって、パワートランジスタを逆トランジス
タとして使用し、これによって第1単方向性導通素子5
を省略することが可能である。この場合、付加したダイ
オードは、パワートランジスタのVBEで逆方向電圧が制
限されるので、耐圧の低いものでよい。
In the description of the first and second embodiments, the DC voltage source is used as the power source, but it is clear that there is no particular problem even if the voltage source obtained by rectifying and smoothing the AC power source is used. is there. Although not specifically limited as the switching element 3, a power transistor, a power MOSFET, or the like can be used. Power MO
When the SFET is used, the parasitic diode of the power MOSFET can be used as the first unidirectional conducting element 5. When a power transistor is used, the diode is added between the base terminal and the emitter terminal of the power transistor in the direction in which the diode between the base and collector of the power transistor is forward biased. It is used as a reverse transistor, so that the first unidirectional conducting element 5
Can be omitted. In this case, the added diode may have a low breakdown voltage because the reverse voltage is limited by V BE of the power transistor.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第2単
方向性導通素子を流れる電流を概略半波電流共振波形と
することで第2単方向性導通素子のゼロ電流スイッチン
グを達成し、これによって、単方向性導通素子として使
用されるダイオードのターンオフリカバリの発生を無く
することができる。また、スイッチング素子に印加され
る電圧は概略半波電圧共振波形となり、これによってス
イッチングノイズを最小限にすることができる。さら
に、スイッチング素子のターンオンの際、スイッチング
素子の寄生容量およびトランスの分布容量に蓄えられた
エネルギーを放電してからターンオンするのでスパイク
電流の発生が無く、スイッチング素子のターンオフの
際、トランスの漏れインダクタンスの影響によるスパイ
ク電圧の発生もない。ノイズが少ないため効率もよい。
さらに、スイッチング素子がローサイドの1個だけでよ
くなるので、2個必要であった従来の装置に比べて駆動
回路も簡素化され、安価なスイッチング電源装置を実現
できる。
As described above, according to the present invention, zero current switching of the second unidirectional conducting element is achieved by making the current flowing through the second unidirectional conducting element a substantially half-wave current resonance waveform. However, this makes it possible to eliminate the occurrence of turn-off recovery of the diode used as the unidirectional conducting element. In addition, the voltage applied to the switching element has a substantially half-wave voltage resonance waveform, which can minimize switching noise. Further, when the switching element is turned on, the energy stored in the parasitic capacitance of the switching element and the distributed capacitance of the transformer is discharged before turning on, so that no spike current is generated, and when the switching element is turned off, the leakage inductance of the transformer is reduced. There is no generation of spike voltage due to the influence of. Efficiency is good because there is little noise.
Furthermore, since only one low-side switching element is required, the drive circuit can be simplified and a low-cost switching power supply device can be realized as compared with the conventional device that requires two switching elements.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係るスイッチング電源装
置を示す回路構成図
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a switching power supply device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のスイッチング電源装置の動作波形を示す
説明図
FIG. 2 is an explanatory diagram showing operation waveforms of the switching power supply device of FIG.

【図3】本発明の第2実施例に係るスイッチング電源装
置を示す回路構成図
FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a switching power supply device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3のスイッチング電源装置の動作波形を示す
説明図
FIG. 4 is an explanatory diagram showing operation waveforms of the switching power supply device of FIG.

【図5】従来例に係るスイッチング電源装置の回路構成
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a switching power supply device according to a conventional example.

【図6】図5のスイッチング電源装置の動作波形を示す
説明図
6 is an explanatory diagram showing operation waveforms of the switching power supply device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力直流電圧源 2、7、9l インダクタ 3、13、15 スイッチング素子 4、6、6a、6b、9c、17 キャパシタ 5、8、14、16 ダイオード(単方向性導通素子) 9 平滑回路 10 負荷 11、18 制御回路 12 トランス 12a トランスの1次巻線 12b トランスの2次巻線 12l トランスの漏れインダクタンス等を1次側に換
算したインダクタンス
1 Input DC voltage source 2, 7, 9l Inductor 3, 13, 15 Switching element 4, 6, 6a, 6b, 9c, 17 Capacitor 5, 8, 14, 16 Diode (unidirectional conduction element) 9 Smoothing circuit 10 Load 11, 18 Control circuit 12 Transformer 12a Primary winding of transformer 12b Secondary winding of transformer 12l Inductance obtained by converting leakage inductance of the transformer into the primary side

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力直流電圧源に第1インダクタとスイ
ッチング素子とが直列接続され、前記スイッチング素子
に第1キャパシタと第1単方向性導通素子とがそれぞれ
並列に接続され、前記第1単方向性導通素子は、前記直
流電圧源と無充電状態の前記第1インダクタとで導通さ
れることがない向きに配置され、 さらに、第2キャパシタと、第2インダクタと、第2単
方向性導通素子とを直列接続したものが前記スイッチン
グ素子と並列に接続され、前記第2単方向性導通素子
は、前記スイッチング素子がオフのときに前記入力直流
電圧源と無充電状態の前記第1インダクタと無充電状態
の前記第2キャパシタと無充電状態の前記第2インダク
タとで導通されることがない向きに配置され、 前記第2単方向性導通素子の両端に平滑回路の入力側が
接続され、前記平滑回路の出力側から負荷に対して電力
が供給され、 前記スイッチング素子がオンの状態において、前記第2
キャパシタ、前記第2インダクタ、前記第2単方向性導
通素子、及び前記スイッチング素子からなる閉回路で共
振し、前記閉回路を流れる電流が概略半波電流共振波形
となり、 一方、前記スイッチング素子がオフの状態において、前
記スイッチング素子の両端間電圧が概略半波電圧共振波
形となることを特徴とするスイッチング電源装置。
1. A first inductor and a switching element are connected in series to an input DC voltage source, and a first capacitor and a first unidirectional conducting element are connected in parallel to the switching element, respectively, and the first unidirectional The conductive element is arranged in a direction in which the DC voltage source is not electrically connected to the uncharged first inductor, and further, the second capacitor, the second inductor, and the second unidirectional conductive element. Are connected in parallel with the switching element, and the second unidirectional conducting element is connected to the input DC voltage source and the first inductor in the uncharged state when the switching element is off. The second capacitor in a charged state and the second inductor in a non-charged state are arranged so as not to be electrically connected, and a smoothing circuit input is provided at both ends of the second unidirectional conducting element. There are connected, the power is supplied to the load from the output side of the smoothing circuit in the switching element is turned on, the second
A closed circuit composed of a capacitor, the second inductor, the second unidirectional conducting element, and the switching element resonates, and a current flowing through the closed circuit has a substantially half-wave current resonance waveform, while the switching element is turned off. In the state, the switching power supply device is characterized in that the voltage across the switching element has a substantially half-wave voltage resonance waveform.
【請求項2】 入力直流電圧源に第1インダクタとスイ
ッチング素子とが直列接続され、前記スイッチング素子
に第1キャパシタと第1単方向性導通素子とがそれぞれ
並列に接続され、前記第1単方向性導通素子は前記直流
電圧源と無充電状態の前記第1インダクタとで導通され
ることがない向きに配置され、 さらに、第2キャパシタと、1次巻線及び2次巻線と漏
れインダクタンスを有するトランスの1次巻線とを直列
接続したものが前記スイッチング素子と並列に接続さ
れ、 前記トランスの2次巻線に、第3キャパシタと第2単方
向性導通素子とを直列接続したものが接続され、前記第
2単方向性導通素子は、前記スイッチング素子がオフの
ときに無充電状態の前記トランスを介して前記入力直流
電圧源と無充電状態の前記第1インダクタと無充電状態
の前記第2キャパシタと無充電状態の前記第3キャパシ
タとで導通されることがない向きに配置され、 前記第2単方向性導通素子の両端に平滑回路の入力側が
接続され、前記平滑回路の出力側から負荷に対して電力
が供給され、 前記スイッチング素子がオンの状態において、前記トラ
ンスを介して直列接続される前記第2キャパシタ、前記
第3キャパシタ、前記第2単方向性導通素子、及び前記
スイッチング素子からなる閉回路で共振し、前記閉回路
を流れる電流が概略半波電流共振波形となり、 一方、前記スイッチング素子がオフの状態において、前
記スイッチング素子の両端間電圧が概略半波電圧共振波
形となることを特徴とするスイッチング電源装置。
2. A first inductor and a switching element are connected in series to an input DC voltage source, and a first capacitor and a first unidirectional conducting element are connected in parallel to the switching element, respectively, and the first unidirectional element is connected. The conductive element is arranged in a direction in which the DC voltage source and the first inductor in an uncharged state are not electrically connected, and further, the second capacitor, the primary winding and the secondary winding, and the leakage inductance are arranged. A transformer having a primary winding connected in series is connected in parallel with the switching element, and a transformer having a secondary winding connected in series with a third capacitor and a second unidirectional conducting element. The second unidirectional conducting element is connected to the input DC voltage source through the transformer in the uncharged state and the first inductor in the uncharged state when the switching element is off. And the second capacitor in the uncharged state and the third capacitor in the uncharged state are arranged so as not to be electrically connected, and the input side of the smoothing circuit is connected to both ends of the second unidirectional conducting element. Power is supplied to the load from the output side of the smoothing circuit, and the second capacitor, the third capacitor, and the second unidirectionality that are connected in series via the transformer in a state where the switching element is on. Resonance occurs in a closed circuit composed of a conducting element and the switching element, and the current flowing through the closed circuit has a substantially half-wave current resonance waveform. On the other hand, when the switching element is off, the voltage across the switching element is approximately A switching power supply device having a half-wave voltage resonance waveform.
【請求項3】 前記トランスの1次巻線または2次巻線
に直列に第2インダクタを付加し、前記スイッチング素
子がオンの状態において、前記トランスを介して直列接
続される前記第2キャパシタ、前記第3キャパシタ、前
記第2インダクタ、前記第2単方向性導通素子、及び前
記スイッチング素子からなる閉回路で共振し、前記閉回
路を流れる電流が概略半波共振電流である請求項2記載
のスイッチング電源装置。
3. The second capacitor, wherein a second inductor is added in series to a primary winding or a secondary winding of the transformer, and the switching element is turned on, the second capacitor is connected in series through the transformer. 3. The resonant circuit according to claim 2, wherein the current flowing through the closed circuit resonates in a closed circuit including the third capacitor, the second inductor, the second unidirectional conducting element, and the switching element, and is a substantially half-wave resonant current. Switching power supply.
【請求項4】 スイッチング素子としてパワーMOSF
ETを使用し、前記第1単方向性導通素子として前記パ
ワーMOSFETの寄生ダイオードを使用している請求
項1、2、又は3記載のスイッチング電源装置。
4. A power MOSF as a switching element.
4. The switching power supply device according to claim 1, 2 or 3, wherein ET is used and a parasitic diode of the power MOSFET is used as the first unidirectional conducting element.
【請求項5】 スイッチング素子としてパワートランジ
スタを使用し、前記パワートランジスタのベース・コレ
クタ間のダイオードを順方向にバイアスするための小容
量のダイオードをベース端子とエミッタ端子との間に付
加することによってパワートランジスタを逆トランジス
タとして使用し、これによって前記第1単方向性導通素
子が省略されている請求項1、2、又は3記載のスイッ
チング電源装置。
5. A power transistor is used as a switching element, and a small capacity diode for forward biasing the diode between the base and collector of the power transistor is added between the base terminal and the emitter terminal. 4. The switching power supply device according to claim 1, 2 or 3, wherein a power transistor is used as a reverse transistor, whereby the first unidirectional conducting element is omitted.
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