JP2000152620A - Switching power supply circuit - Google Patents

Switching power supply circuit

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JP2000152620A
JP2000152620A JP10319387A JP31938798A JP2000152620A JP 2000152620 A JP2000152620 A JP 2000152620A JP 10319387 A JP10319387 A JP 10319387A JP 31938798 A JP31938798 A JP 31938798A JP 2000152620 A JP2000152620 A JP 2000152620A
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JP
Japan
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switching
winding
voltage
power supply
switching element
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JP10319387A
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Japanese (ja)
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Masayuki Yasumura
昌之 安村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a switching power supply, reduce its weight, and improve power conversion efficiency by varying a switching frequency according to the level of a secondary side DC output voltage and hence compositively controlling the conduction angle between the resonance impedance and the switching element of a primary side parallel resonance circuit, and performing the constant-voltage control of the secondary side output voltage. SOLUTION: When a switching frequency is to be varied, a period when a switching element Q1 is turned off is set to constant and a period when it is turned on is controlled variably in a circuit. More specifically, by performing operation so that the switching frequency is controlled variably as a constant- voltage control operation, it is regarded that resonance impedance control for switching output is made and at the same time the conduction angle control of the switching element at the switching period is made. Then, this complex control operation is achieved by a set of control circuit systems. By forming a switching converter in a voltage resonance system, a power conversion efficiency can be improved and miniaturized and its weight can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器に電
源として備えられるスイッチング電源回路に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply circuit provided as a power supply for various electronic devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】スイッチング電源回路として、例えばフ
ライバックコンバータやフォワードコンバータなどの形
式のスイッチングコンバータを採用したものが広く知ら
れている。これらのスイッチングコンバータはスイッチ
ング動作波形が矩形波状であることから、ハードスイッ
チング電源ともいわれる。これに対して、ソフトスイッ
チング電源といわれる、各種共振形コンバータによるス
イッチング電源回路も知られている。共振形コンバータ
は容易に高電力変換効率が得られると共に、スイッチン
グ動作波形が正弦波状となることでハードスイッチング
電源よりも低ノイズが実現される。また、比較的少数の
部品点数により構成することができるというメリットも
有している。
2. Description of the Related Art As a switching power supply circuit, a circuit employing a switching converter of a type such as a flyback converter or a forward converter is widely known. These switching converters are also called hard switching power supplies because the switching operation waveform is rectangular. On the other hand, switching power supply circuits using various resonant converters, which are called soft switching power supplies, are also known. The resonance type converter can easily obtain high power conversion efficiency, and can realize lower noise than the hard switching power supply because the switching operation waveform is sinusoidal. It also has the advantage that it can be configured with a relatively small number of parts.

【0003】図7は、いわゆるRCC(リンギング・チ
ョーク・コンバータ)方式を採用したハードスイッチン
グ電源としての電源回路の一構成例を示す回路図であ
る。この図に示す電源回路は、例えば、負荷電力が50
W以下の軽負荷の条件、或いはメイン電源とは個別に設
けられるいわゆるスタンバイ電源として負荷電力0.5
W以下の条件に対応する構成を採っている。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply circuit as a hard switching power supply employing a so-called RCC (ringing choke converter) system. The power supply circuit shown in FIG.
Load power of 0.5 W or less, or as a so-called standby power supply provided separately from the main power supply.
The configuration corresponding to the condition of W or less is adopted.

【0004】この図に示す電源回路においては、商用交
流電源AC(交流入力電圧VAC)を入力して直流入力電
圧を得るための整流平滑回路として、ブリッジ整流回路
Di及び平滑コンデンサCiからなる全波整流回路が備
えられ、交流入力電圧VACのほぼ1倍のレベルに対応す
る整流平滑電圧Eiを生成し、直流入力電圧として供給
する。
In the power supply circuit shown in FIG. 1, a full-wave circuit comprising a bridge rectifier circuit Di and a smoothing capacitor Ci serves as a rectifying and smoothing circuit for receiving a commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) to obtain a DC input voltage. A rectifier circuit is provided, and generates a rectified smoothed voltage Ei corresponding to a level approximately one time of the AC input voltage VAC, and supplies the same as a DC input voltage.

【0005】スイッチング素子Q1は、上記直流入力電
圧を入力して断続することでスイッチング出力を得る。
この場合、スイッチング素子Q1には例えばバイポーラ
トランジスタが用いられる。スイッチング素子Q1のコ
レクタは、コンバータトランスCVTの一次巻線N1の
直列接続を介して平滑コンデンサCiの正極端子(整流
平滑電圧Eiライン)と接続される。スイッチング素子
Q1のベースは、起動抵抗RSを介して整流平滑電圧Ei
ラインと接続されることで起動時のベース電流が整流平
滑電圧Eiから供給されるようになっている。また、ス
イッチング素子Q1のベースには、ベース電流制限抵抗
RB−ダイオードD4−駆動巻線NBの直列接続回路が接
続される。駆動巻線NBの端部は一次側アースに対して
接続されている。また、ダイオードD4に対してはコン
デンサCBが並列に接続される。これら、ベース電流制
限抵抗RB,ダイオードD4,駆動巻線NB,コンデンサ
CBにより、スイッチング素子Q1を自励式により発振駆
動する自励発振駆動回路を形成する。スイッチング素子
Q1のエミッタは、抵抗R7を介して一次側アースに接続
される。
[0005] The switching element Q1 obtains a switching output by intermittently receiving the DC input voltage.
In this case, for example, a bipolar transistor is used as the switching element Q1. The collector of switching element Q1 is connected to the positive terminal (rectified smoothing voltage Ei line) of smoothing capacitor Ci via the serial connection of primary winding N1 of converter transformer CVT. The base of the switching element Q1 is connected to a rectified smoothed voltage Ei via a starting resistor RS.
By being connected to the line, the base current at the time of startup is supplied from the rectified smoothed voltage Ei. Further, a series connection circuit of a base current limiting resistor RB, a diode D4, and a driving winding NB is connected to a base of the switching element Q1. The end of the drive winding NB is connected to the primary side ground. A capacitor CB is connected in parallel with the diode D4. These base current limiting resistor RB, diode D4, drive winding NB, and capacitor CB form a self-excited oscillation drive circuit that oscillates and drives switching element Q1 in a self-excited manner. The emitter of the switching element Q1 is connected to the primary side ground via the resistor R7.

【0006】コンバータトランスCVTは、一次側に得
られたスイッチング出力を二次側に伝送するために設け
られるもので、図のように、一次巻線N1及び二次巻線
N2が巻装される。又、この場合には自励発振のための
上記駆動巻線NBも一次側に対して巻装される。
[0006] The converter transformer CVT is provided for transmitting the switching output obtained on the primary side to the secondary side, and is wound with a primary winding N1 and a secondary winding N2 as shown in the figure. . In this case, the drive winding NB for self-excited oscillation is also wound around the primary side.

【0007】コンバータトランスCVTの二次巻線N2
に対しては、図のように、整流ダイオードDO1及び平滑
コンデンサCO1から成る半波整流回路が接続されてお
り、二次側直流出力電圧EO1を生成して出力する。二次
側直流出力電圧EO1は図示しない負荷に対して供給され
ると共に、定電圧制御のための制御回路1に対して、検
出電圧として入力される。
The secondary winding N2 of the converter transformer CVT
Is connected to a half-wave rectifier circuit composed of a rectifier diode DO1 and a smoothing capacitor CO1, as shown in the figure, and generates and outputs a secondary-side DC output voltage EO1. The secondary side DC output voltage EO1 is supplied to a load (not shown) and is input as a detection voltage to a control circuit 1 for constant voltage control.

【0008】制御回路1は、フォトカプラPCを備える
ことで二次側と一次側を直流的に絶縁している。二次側
における制御回路1では、二次側直流出力電圧EO1を抵
抗R3,R4により分圧した電圧値が検出素子Q3の検出入
力に対して入力されている。検出素子Q3の一端は抵抗
R1,フォトカプラPCのフォトダイオードPDの直列
接続を介して二次側直流出力電圧EO1と接続され、他端
は二次側アースに接地されている。抵抗R4に対して
は、コンデンサC11−抵抗R2の直列接続回路が並列に
接続される。また、抵抗R4とR3の接続点と、検出素子
Q3とフォトダイオードPDの接続点間に対してもコン
デンサC12−抵抗R5の直列接続回路が並列に接続され
る。一次側の制御回路1においては、フォトカプラPC
のフォトトランジスタPDが備えられる。フォトトラン
ジスタPDのコレクタには、駆動巻線NBに励起される
交番電圧を整流平滑化する半波整流回路(D3,C3)が
接続されることで、この半波整流回路にて得られる低圧
直流電圧が動作電源として供給される。フォトトランジ
スタPDのエミッタは、増幅器としてのトランジスタQ
4のベースに接続される。また、フォトトランジスタP
Dのエミッタと、駆動巻線NBとダイオードD4の接続点
との間に対しては、図のように、抵抗R8−ツェナーダ
イオードZDの直列接続回路が挿入される。トランジス
タQ4のコレクタは、スイッチング素子Q1のベースに対
して接続され、エミッタは一次側アースに対して接地さ
れる。また、トランジスタQ4のベースは、抵抗R6//
コンデンサC13の並列接続回路から抵抗R7を介するよ
うにして一次側アースに対して接地される。
The control circuit 1 has a photocoupler PC to insulate the secondary side and the primary side in a DC manner. In the control circuit 1 on the secondary side, a voltage value obtained by dividing the secondary side DC output voltage EO1 by the resistors R3 and R4 is input to the detection input of the detection element Q3. One end of the detection element Q3 is connected to the secondary DC output voltage EO1 via a series connection of the resistor R1 and the photodiode PD of the photocoupler PC, and the other end is grounded to the secondary ground. A series connection circuit of a capacitor C11 and a resistor R2 is connected in parallel to the resistor R4. A series connection circuit of a capacitor C12 and a resistor R5 is also connected in parallel between a connection point between the resistors R4 and R3 and a connection point between the detection element Q3 and the photodiode PD. In the primary side control circuit 1, a photocoupler PC
Are provided. The collector of the phototransistor PD is connected to a half-wave rectifier circuit (D3, C3) for rectifying and smoothing the alternating voltage excited by the drive winding NB, so that the low-voltage DC obtained by the half-wave rectifier circuit is obtained. Voltage is supplied as operating power. The emitter of the phototransistor PD is a transistor Q as an amplifier.
Connected to the base of 4. Also, the phototransistor P
A series connection circuit of a resistor R8 and a Zener diode ZD is inserted between the emitter of D and the connection point between the drive winding NB and the diode D4, as shown in the figure. The collector of transistor Q4 is connected to the base of switching element Q1, and the emitter is grounded to the primary side ground. The base of the transistor Q4 is connected to a resistor R6 ///
It is grounded to the primary side ground through the resistor R7 from the parallel connection circuit of the capacitor C13.

【0009】リセット回路10は、図のように、抵抗R
RS//コンデンサCRSの並列接続回路とダイオードDRS
を直列接続して形成され、一次巻線N1に対して並列に
設けられる。また、スナバ回路11は、スイッチング素
子Q1のコレクタと一次側アース間に対して、コンデン
サCsn−抵抗Rsnの直列接続回路を並列に接続する
ことで形成される。これらリセット回路10、スナバ回
路11は、スイッチング素子Q1のターンオフ時に発生
するスパイク電圧を抑圧するために必要とされる。
The reset circuit 10 includes a resistor R
RS // CRS parallel connection circuit and diode DRS
Are connected in series and provided in parallel with the primary winding N1. The snubber circuit 11 is formed by connecting a series connection circuit of a capacitor Csn and a resistor Rsn in parallel between the collector of the switching element Q1 and the primary side ground. The reset circuit 10 and the snubber circuit 11 are required for suppressing a spike voltage generated when the switching element Q1 is turned off.

【0010】上記構成によるRCCのスイッチング動作
は、周知であることからここでの詳しい説明は省略する
が、起動抵抗RSを介して印加される電流によってスイ
ッチング素子Q1がオンとなって以降、スイッチング動
作を開始すると、スイッチング素子Q1のオン時にはコ
ンバータトランスの一次巻線N1に対して磁気エネルギ
ーを蓄積し、次のオフ時には、上記一次巻線N1に蓄積
された磁気エネルギーを二次側に放出する。この動作が
繰り返されることで、二次側に出力電圧が得られるよう
にされている。
The switching operation of the RCC according to the above configuration is well known and will not be described in detail here. However, after the switching element Q1 is turned on by the current applied through the starting resistor RS, the switching operation is performed. Is started, magnetic energy is stored in the primary winding N1 of the converter transformer when the switching element Q1 is on, and the magnetic energy stored in the primary winding N1 is discharged to the secondary side when the switching element Q1 is off. By repeating this operation, an output voltage is obtained on the secondary side.

【0011】制御回路1では、二次側直流出力電圧EO1
に応じて検出素子Q3を導通する電流量を変化させるの
であるが、フォトカプラPCでは、この検出素子Q3を
導通する電流量に応じて一次側のトランジスタQ4に流
すベース電流を可変制御し、これによって、トランジス
タQ4のコレクタ電流を変化させる。トランジスタQ4の
コレクタはスイッチング素子Q1のベースと接続されて
いることから、トランジスタQ4のコレクタ電流が変化
することで、自励発振駆動回路からスイッチング素子Q
1のベースに対して流れるベース電流(駆動電流量)が
変化することになる。これによって、スイッチング素子
Q1のオン時間が可変されることになり、結果としてス
イッチング周波数が可変制御される。このような動作に
よって定電圧制御が行われるものである。図7に示す構
成では、交流入力電圧の上昇或いは負荷電力の減少に伴
ってスイッチング周波数が高くなるように制御されるこ
とで定電圧効果が得られるようにされているが、そのス
イッチング周波数fsの制御範囲は、制御感度が低いこ
ともあって、fs=25KHz〜250KHzの広範囲
に設定されている。
In the control circuit 1, the secondary side DC output voltage EO1
The amount of current that conducts the detection element Q3 is changed in accordance with the current. The photocoupler PC variably controls the base current that flows through the transistor Q4 on the primary side in accordance with the amount of current that conducts the detection element Q3. This changes the collector current of the transistor Q4. Since the collector of the transistor Q4 is connected to the base of the switching element Q1, a change in the collector current of the transistor Q4 causes the self-excited oscillation drive circuit to switch the switching element Q1.
The base current (the amount of drive current) flowing to one base changes. As a result, the ON time of the switching element Q1 is varied, and as a result, the switching frequency is variably controlled. The constant voltage control is performed by such an operation. In the configuration shown in FIG. 7, a constant voltage effect is obtained by controlling the switching frequency to increase with an increase in the AC input voltage or a decrease in the load power. The control range is set to a wide range of fs = 25 KHz to 250 KHz due to the low control sensitivity.

【0012】図8の波形図は、上記図7に示す電源回路
の要部の動作を示している。スイッチング素子Q1の両
端(コレクタ−一次側アース間)電圧Vcpは、図8
(a)に示すようにして、スイッチング素子Q1がオン
となる期間TONには0レベルで、オフとなる期間TOFF
には矩形波状のパルスが得られる波形となる。この図8
(a)に示す電圧Vcpのパルス波形形状からも分かる
ように、スイッチング素子Q1のターンオフ時には、コ
ンバータトランスCVTの漏洩インダクタンス成分と、
コンバータトランスCVTに巻装された巻線間の分布容
量(静電容量)によってスパイク電圧が発生するが、先
に説明したリセット回路10、スナバ回路11はこのス
パイク電圧としての波形部分を抑圧するために設けられ
ている。また、スイッチング素子Q1のスイッチング動
作に応じてスイッチング素子Q1のコレクタに流入する
コレクタ電流Icpは、図8(b)に示す波形により、
期間TONに流れる動作となる。そして、二次巻線N2か
ら整流ダイオードDO1に流入する整流電流は、スイッチ
ング素子Q1がオフとなる期間TOFFに流れており、RC
Cのスイッチング動作に対応している。
FIG. 8 is a waveform chart showing the operation of the main part of the power supply circuit shown in FIG. The voltage Vcp (between the collector and the primary side ground) of the switching element Q1 is shown in FIG.
As shown in (a), during the period TON when the switching element Q1 is on, it is at the 0 level, and during the period TOFF when it is off.
Has a waveform from which a rectangular pulse can be obtained. This FIG.
As can be seen from the pulse waveform shape of the voltage Vcp shown in (a), when the switching element Q1 is turned off, the leakage inductance component of the converter transformer CVT and
A spike voltage is generated by the distributed capacitance (capacitance) between the windings wound around the converter transformer CVT. The reset circuit 10 and the snubber circuit 11 described above suppress the waveform portion as the spike voltage. It is provided in. The collector current Icp flowing into the collector of the switching element Q1 in response to the switching operation of the switching element Q1 has a waveform shown in FIG.
The operation flows during the period TON. The rectified current flowing from the secondary winding N2 into the rectifier diode DO1 flows during the period TOFF when the switching element Q1 is turned off,
This corresponds to the switching operation of C.

【0013】また、図7に示す電源回路と同様に、負荷
電力が50W以下の軽負荷の条件、或いは負荷電力0.
5W以下の条件に対応する電源回路の他の例として、先
に本出願人が提案した発明に基づいて構成することので
きるスイッチング電源回路を図9に示す。なお、この図
9において図7と同一部分には同一符号を付し、同一構
成部分についての説明は省略する。
As in the case of the power supply circuit shown in FIG. 7, a light load condition in which the load power is 50 W or less, or a load power of 0.
As another example of the power supply circuit corresponding to the condition of 5 W or less, FIG. 9 shows a switching power supply circuit that can be configured based on the invention proposed by the present applicant. In FIG. 9, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and the description of the same components will be omitted.

【0014】図9に示す電源回路においては、整流平滑
電圧Eiを動作電源とする自励式の電流共振形コンバー
タが備えられる。この電源回路のスイッチングコンバー
タは、図のように2つのスイッチング素子Q1 、Q2 を
ハーフブリッジ結合したうえで、平滑コンデンサCiの
正極側の接続点とアース間に対して挿入するようにして
接続されている。このスイッチング素子Q1 、Q2 の各
コレクタ−ベース間には、それぞれ起動抵抗RS1、RS2
が挿入される。また、スイッチング素子Q1 、Q2 の各
ベース−エミッタ間にはそれぞれクランプダイオードD
D1,DD2が挿入される。また、スイッチング素子Q1の
ベースとスイッチング素子Q2のコレクタ間に対して
は、共振用コンデンサCB1,ベース電流制限用抵抗RB
1,駆動巻線NB1から成る直列接続回路が挿入される。
共振用コンデンサCB1は自身のキャパシタンスと、次に
説明する駆動巻線NB1のインダクタンスLB1と共に自励
発振用の直列共振回路を形成し、これによりスイッチン
グ素子Q1のスイッチング周波数を決定する。同様に、
スイッチング素子Q2のベースと一次側アース間に対し
ては、共振用コンデンサCB2,ベース電流制限用抵抗R
B2,駆動巻線NB2から成る直列接続回路が挿入されてお
り、共振用コンデンサCB2と駆動巻線NB2のインダクタ
ンスLB2と共に自励発振用の直列共振回路を形成して、
スイッチング素子Q2のスイッチング周波数を決定して
いる。
The power supply circuit shown in FIG. 9 includes a self-excited current resonance type converter using the rectified smoothed voltage Ei as an operation power supply. The switching converter of this power supply circuit is connected in such a manner that two switching elements Q1 and Q2 are half-bridge-coupled as shown in the figure, and then inserted between the connection point on the positive side of the smoothing capacitor Ci and the ground. I have. Starting resistors RS1, RS2 are provided between the collectors and bases of the switching elements Q1, Q2, respectively.
Is inserted. A clamp diode D is provided between each base and emitter of the switching elements Q1 and Q2.
D1 and DD2 are inserted. A resonance capacitor CB1 and a base current limiting resistor RB are provided between the base of the switching element Q1 and the collector of the switching element Q2.
1. A series connection circuit composed of the drive winding NB1 is inserted.
The resonance capacitor CB1 forms a series resonance circuit for self-excited oscillation together with its own capacitance and an inductance LB1 of the drive winding NB1 described below, thereby determining the switching frequency of the switching element Q1. Similarly,
A resonance capacitor CB2 and a base current limiting resistor R are provided between the base of the switching element Q2 and the primary side ground.
A series connection circuit composed of B2 and a drive winding NB2 is inserted, and forms a series resonance circuit for self-excited oscillation together with a resonance capacitor CB2 and an inductance LB2 of the drive winding NB2.
The switching frequency of the switching element Q2 is determined.

【0015】また、スイッチング素子Q1,Q2の各コレ
クタ−エミッタ間に対しては、それぞれ部分共振用コン
デンサCc1,Cc2が並列に接続される。この部分共振
用コンデンサCc1,Cc2は、スイッチング素子Q1,
Q2のスイッチングノイズを吸収するために設けられる
ものであるが、ここでは、後述するようにして行われる
定電圧制御動作によって可変制御されるスイッチング周
波数に対応して、スイッチング素子Q1,Q2のターンオ
フ時にゼロ電圧スイッチング動作を得るための作用も有
する。これにより、スイッチング損失の低減が図られ
る。
Further, capacitors Cc1 and Cc2 for partial resonance are connected in parallel between the respective collectors and emitters of the switching elements Q1 and Q2. The partial resonance capacitors Cc1, Cc2 are connected to the switching elements Q1,
Although provided to absorb the switching noise of Q2, here, when the switching elements Q1 and Q2 are turned off, the switching frequency is variably controlled by a constant voltage control operation performed as described later. It also has an action for obtaining a zero voltage switching operation. Thereby, the switching loss is reduced.

【0016】ドライブトランスPRT (Power Regulati
ng Transformer)はスイッチング素子Q1 、Q2 を駆動
すると共に、スイッチング周波数を可変制御することに
より定電圧制御を行うために設けられるもので、この図
の場合には駆動巻線NB1、NB2及び共振電流検出巻線N
D が巻回され、更にこれらの各巻線に対して制御巻線N
C が直交する方向に巻回された直交型の可飽和リアクト
ルとされている。このドライブトランスPRTの駆動巻
線NB1の一端は、共振用コンデンサCB1−抵抗RB1の直
列接続を介してスイッチング素子Q1 のベースに接続さ
れ、他端はスイッチング素子Q1 のエミッタに接続され
る。また、駆動巻線NB2の一端はアースに接地されると
共に、他端は共振用コンデンサCB2−抵抗RB2の直列接
続を介してスイッチング素子Q2 のベースと接続されて
いる。駆動巻線NB1と駆動巻線NB2は互いに逆極性の電
圧が発生するように巻装されている。
Drive transformer PRT (Power Regulati
ng Transformer) is provided to drive the switching elements Q1 and Q2 and to perform constant voltage control by variably controlling the switching frequency. In this case, the drive windings NB1 and NB2 and the resonance current detection are performed. Winding N
D is wound, and a control winding N is provided for each of these windings.
C is an orthogonal saturable reactor wound in the orthogonal direction. One end of the drive winding NB1 of the drive transformer PRT is connected to the base of the switching element Q1 via a series connection of a resonance capacitor CB1 and a resistor RB1, and the other end is connected to the emitter of the switching element Q1. One end of the drive winding NB2 is grounded, and the other end is connected to the base of the switching element Q2 through a series connection of a resonance capacitor CB2 and a resistor RB2. The drive winding NB1 and the drive winding NB2 are wound so that voltages of opposite polarities are generated.

【0017】絶縁コンバータトランスPIT (Power Is
olation Transformer)は、スイッチング素子Q1 、Q2
のスイッチング出力を二次側に伝送する。この場合、絶
縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 の一端は、
共振電流検出巻線ND を介してスイッチング素子Q1 の
エミッタとスイッチング素子Q2 のコレクタの接点(ス
イッチング出力点)に接続され、他端は直列共振コンデ
ンサC1を介して一次側アースに接地されることで、ス
イッチング出力が得られるようにされる。
Insulated converter transformer PIT (Power Is
olation Transformer) is the switching element Q1, Q2
Is transmitted to the secondary side. In this case, one end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is
It is connected to the contact point (switching output point) between the emitter of the switching element Q1 and the collector of the switching element Q2 via the resonance current detection winding ND, and the other end is grounded to the primary side earth via the series resonance capacitor C1. , A switching output is obtained.

【0018】上記接続形態では、上記直列共振コンデン
サC1 及び一次巻線N1 は直列に接続されているが、こ
の直列共振コンデンサC1 のキャパシタンス及び一次巻
線N1 (直列共振巻線)を含む絶縁コンバータトランス
PITの漏洩インダクタンス(リーケージインダクタン
ス)成分により、スイッチングコンバータの動作を電流
共振形とするための直列共振回路を形成している。
In the above connection form, the series resonance capacitor C1 and the primary winding N1 are connected in series. However, the insulation converter transformer including the capacitance of the series resonance capacitor C1 and the primary winding N1 (series resonance winding). A leakage resonance (leakage inductance) component of the PIT forms a series resonance circuit for making the operation of the switching converter a current resonance type.

【0019】また、この図における絶縁コンバータトラ
ンスPITの二次側では、一次巻線N1 に供給されるス
イッチング出力によって、二次巻線N2 にスイッチング
周期の交番電圧が励起される。この二次巻線N2にはタ
ップが設けられたうえで、整流ダイオードDO1,DO2,
DO3及び平滑コンデンサCO1,CO2を図のように接続す
ることで、[整流ダイオードDO1,DO2,平滑コンデン
サCO1]から成る全波整流回路と、[整流ダイオードD
O3,平滑コンデンサCO2]から成る半波整流回路との2
組の整流回路が設けられている。[整流ダイオードDO
1,DO2,平滑コンデンサCO1]から成る全波整流回路
は全波整流動作によって直流出力電圧EO1を生成し、電
力を後段の負荷(図示しない)に供給する。また、直流
出力電圧EO1は制御回路1に対しても分岐して入力さ
れ、制御回路1の検出電圧として利用される。この場
合、[整流ダイオードDO3,平滑コンデンサCO2]から
成る半波整流回路は半波整流動作によって直流出力電圧
を生成し、後述する制御回路1の動作電源として利用さ
れる。また、この場合には、負荷短絡時の保護のため
に、直流出力電圧EO1と負荷の間に対しては、例えばI
CリンクなどによるヒューズILが挿入される。
On the secondary side of the insulating converter transformer PIT in this figure, an alternating voltage of a switching cycle is excited in the secondary winding N2 by the switching output supplied to the primary winding N1. The secondary winding N2 is provided with taps, and rectifier diodes DO1, DO2,
By connecting DO3 and the smoothing capacitors CO1 and CO2 as shown in the figure, a full-wave rectifier circuit consisting of [rectifier diodes DO1, DO2 and smoothing capacitor CO1] and [rectifier diode D
O3, a smoothing capacitor CO2].
A set of rectifier circuits is provided. [Rectifier diode DO
1, DO2, smoothing capacitor CO1], generates a DC output voltage EO1 by full-wave rectification operation, and supplies power to a subsequent stage load (not shown). Further, the DC output voltage EO1 is also branched and input to the control circuit 1 and used as a detection voltage of the control circuit 1. In this case, a half-wave rectifier circuit composed of [rectifier diode DO3, smoothing capacitor CO2] generates a DC output voltage by a half-wave rectification operation, and is used as an operation power source of control circuit 1 described later. In this case, for protection in the case of a load short circuit, for example, I.sub.0 is applied between the DC output voltage EO1 and the load.
A fuse IL such as a C link is inserted.

【0020】制御回路1は、例えば二次側出力電圧EO1
のレベルに応じてそのレベルが可変される直流電流を、
制御電流としてドライブトランスPRTの制御巻線NC
に供給することにより後述するようにして定電圧制御を
行う。この図に示す制御回路1は、抵抗R3,R4により
二次側出力電圧EO1を分圧した電圧を検出素子Q3に入
力している。そして、この検出素子Q3のカソードは制
御巻線NCの直列接続を介して平滑コンデンサCO2の正
極と接続され、アノードは二次側アースと接続される。
また、平滑コンデンサCO1の正極と、抵抗R3,R4の接
続点間に対してはコンデンサC12−抵抗R5の直列接続
回路が挿入され、検出素子Q3のカソードと抵抗R3,R
4の接続点間に対してはコンデンサC11−抵抗R2の直列
接続回路が挿入されている。
The control circuit 1 has, for example, a secondary side output voltage EO1
DC current whose level varies according to the level of
Control winding NC of drive transformer PRT as control current
To perform constant voltage control as described later. The control circuit 1 shown in this figure inputs a voltage obtained by dividing the secondary output voltage EO1 by the resistors R3 and R4 to the detection element Q3. The cathode of the detection element Q3 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor CO2 through the serial connection of the control winding NC, and the anode is connected to the secondary side ground.
A series connection circuit of a capacitor C12 and a resistor R5 is inserted between the positive electrode of the smoothing capacitor CO1 and the connection point of the resistors R3 and R4, and the cathode of the detection element Q3 and the resistors R3 and R4 are connected.
A series connection circuit of a capacitor C11 and a resistor R2 is inserted between the four connection points.

【0021】上記構成による電源回路のスイッチング動
作としては、先ず商用交流電源が投入されると、例えば
起動抵抗RS1、RS2を介してスイッチング素子Q1 、Q
2 のベースに起動電流が供給されることになるが、例え
ばスイッチング素子Q1 が先にオンとなったとすれば、
スイッチング素子Q2 はオフとなるように制御される。
そしてスイッチング素子Q1 の出力として、共振電流検
出巻線ND →一次巻線N1 →直列共振コンデンサC1 に
共振電流が流れるが、この共振電流が0となる近傍でス
イッチング素子Q2 がオン、スイッチング素子Q1 がオ
フとなるように制御される。そして、スイッチング素子
Q2 を介して先とは逆方向の共振電流が流れる。以降、
スイッチング素子Q1 、Q2 が交互にオンとなる自励式
のスイッチング動作が開始される。このように、平滑コ
ンデンサCiの端子電圧を動作電源としてスイッチング
素子Q1 、Q2 が交互に開閉を繰り返すことによって、
絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 に共振電
流波形に近いドライブ電流を供給し、二次巻線N2に交
番出力を得る。
The switching operation of the power supply circuit according to the above configuration is as follows. First, when a commercial AC power supply is turned on, the switching elements Q1 and Q2 are activated, for example, via starting resistors RS1 and RS2.
2 is supplied with a starting current. For example, if the switching element Q1 is turned on first,
The switching element Q2 is controlled to be turned off.
As an output of the switching element Q1, a resonance current flows through the resonance current detection winding ND → the primary winding N1 → the series resonance capacitor C1, and when the resonance current becomes zero, the switching element Q2 is turned on and the switching element Q1 is turned on. It is controlled to be off. Then, a resonance current flows in the opposite direction through the switching element Q2. Or later,
A self-excited switching operation in which the switching elements Q1 and Q2 are turned on alternately is started. As described above, by using the terminal voltage of the smoothing capacitor Ci as the operating power source, the switching elements Q1 and Q2 alternately open and close,
A drive current close to the resonance current waveform is supplied to the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT, and an alternating output is obtained at the secondary winding N2.

【0022】また、ドライブトランスPRTによる定電
圧制御は次のようにして行われる。例えば、先に説明し
た制御回路1の構成では、二次側出力電圧EO1 が上昇
するように変動したとすると、制御巻線NC に流れる制
御電流のレベルも二次側出力電圧EO の上昇に応じて高
くなるように制御される。この制御電流により、ドライ
ブトランスPRTに発生する磁束変化の影響で、ドライ
ブトランスPRTにおいては飽和状態に近付く傾向とな
って、駆動巻線NB1,NB2のインダクタンスを低下させ
るように作用するが、これにより自励発振回路の条件が
変化してスイッチング周波数は高くなるように制御され
る。この電源回路では、直列共振コンデンサC1 及び一
次巻線N1 の直列共振回路の共振周波数よりも高い周波
数領域でスイッチング周波数を設定している(アッパー
サイド制御)が、上記のようにしてスイッチング周波数
が高くなると、直列共振回路の共振周波数に対してスイ
ッチング周波数が離れていくことになる。これにより、
スイッチング出力に対する直列共振回路の共振インピー
ダンスは高くなる。このようにして共振インピーダンス
が高くなることで、一次側直列共振回路の一次巻線N1
に供給されるドライブ電流が抑制される結果、二次側出
力電圧が抑制されることになって、定電圧制御が図られ
ることになる(スイッチング周波数制御方式)。
The constant voltage control by the drive transformer PRT is performed as follows. For example, in the configuration of the control circuit 1 described above, assuming that the secondary output voltage EO1 fluctuates so as to increase, the level of the control current flowing through the control winding NC also depends on the increase in the secondary output voltage EO. Is controlled to be higher. The control current tends to approach a saturation state in the drive transformer PRT due to a change in magnetic flux generated in the drive transformer PRT, and acts to reduce the inductance of the drive windings NB1 and NB2. The switching frequency is controlled so as to increase by changing the condition of the self-excited oscillation circuit. In this power supply circuit, the switching frequency is set in a frequency region higher than the resonance frequency of the series resonance circuit of the series resonance capacitor C1 and the primary winding N1 (upper side control). Then, the switching frequency is separated from the resonance frequency of the series resonance circuit. This allows
The resonance impedance of the series resonance circuit with respect to the switching output increases. By increasing the resonance impedance in this way, the primary winding N1 of the primary side series resonance circuit
As a result, the secondary side output voltage is suppressed, and constant voltage control is achieved (switching frequency control method).

【0023】図10は、上記図9に示した構成による電
源回路の要部の動作を示す波形図である。この図におい
て、図10(a)〜(d)は、最大負荷電力(Poma
x)、最小保証交流入力電圧(VAC min)時におけ
る各部の動作波形を示し、図10(e)〜(h)は、そ
れぞれ、最小負荷電力(Pomin)、最大保証交流入
力電圧(VAC max)時における図10(a)〜
(d)と同一部の動作波形を示している。
FIG. 10 is a waveform chart showing the operation of the main part of the power supply circuit having the configuration shown in FIG. 10A to 10D show the maximum load power (Poma).
x), operating waveforms of the respective units at the time of the minimum guaranteed AC input voltage (VAC min), and FIGS. 10 (e) to 10 (h) show the minimum load power (Pomin) and the maximum guaranteed AC input voltage (VAC max), respectively. FIG. 10 (a) to time
The operation waveform of the same part as (d) is shown.

【0024】スイッチング素子Q2がスイッチング動作
を行うことで、スイッチング素子Q2のコレクタ−エミ
ッタ間に得られるコレクタ−エミッタ間電圧Vcpは、
図10(a)(e)に示すように、スイッチング素子Q
2がオンとなる期間TONでは0レベルとなり、オフとな
る期間TOFFでは矩形波状のパルスとなる波形が得られ
る。また、この図10(a)(e)に示すコレクタ−エ
ミッタ間電圧Vcpを比較して分かるように、最大負荷
電力(Pomax)、最小保証交流入力電圧(VAC m
in)時に対して、最小負荷電力(Pomin)、最大
保証交流入力電圧(VAC max)時には、前述した定
電圧制御動作によって、スイッチング周波数が高くなる
ように制御されている。このとき、スイッチング素子Q
2のコレクタに流れるコレクタ電流Icpは、図10
(b)(f)に示すように、期間TONに流入し、期間T
OFFには0レベルとなる波形が得られる。また、一次巻
線N1と直列共振コンデンサC1を介して流れるスイッチ
ング出力電流(一次側直列共振電流)I1は、図10
(c)(g)に示すようにして、ほぼスイッチング周波
数に対応する電流波形となる。ここで、上記コレクタ電
流Icp、及び一次側直列共振電流I1は、スイッチン
グ周波数が低いときには、図10(b)(c)に示すよ
うにして電流共振形に対応する正弦波状の波形が得られ
ているが、スイッチング周波数が高くなるのに従い、図
10(f)(g)に示すようにして鋸歯状波に近い波形
となっていく。なお、スイッチング素子Q2は、上記図
10(a)〜(c),図10(e)〜(g)に示した波
形に対して、180°移相された波形となる。また、二
次側においては、ほぼスイッチング素子Q2がオンとな
る期間TONのタイミングで、整流ダイオードDO2が導通
することで、二次巻線N2から整流ダイオードDO2に流
れる整流電流I2は、図10(d)(h)に示す波形と
なる。整流ダイオードDO1側の動作も、図10(d)
(h)に示す波形を180°移相したものとなる。
When the switching element Q2 performs a switching operation, the collector-emitter voltage Vcp obtained between the collector and the emitter of the switching element Q2 becomes
As shown in FIGS. 10A and 10E, the switching element Q
In the period TON in which 2 is on, a level of 0 is obtained, and in the period TOFF in which it is off, a rectangular waveform is obtained. As can be seen by comparing the collector-emitter voltage Vcp shown in FIGS. 10A and 10E, the maximum load power (Pomax) and the minimum guaranteed AC input voltage (VAC m
In), when the minimum load power (Pomin) and the maximum guaranteed AC input voltage (VAC max), the switching frequency is controlled to be higher by the above-described constant voltage control operation. At this time, the switching element Q
The collector current Icp flowing through the collector of FIG.
(B) As shown in FIG.
When turned OFF, a waveform having a 0 level is obtained. The switching output current (primary-side series resonance current) I1 flowing through the primary winding N1 and the series resonance capacitor C1 is shown in FIG.
(C) As shown in (g), the current waveform substantially corresponds to the switching frequency. Here, when the switching frequency is low, the collector current Icp and the primary side series resonance current I1 have a sinusoidal waveform corresponding to the current resonance type as shown in FIGS. 10B and 10C. However, as the switching frequency increases, the waveform becomes closer to a sawtooth wave as shown in FIGS. The switching element Q2 has a waveform that is 180 ° shifted from the waveforms shown in FIGS. 10 (a) to 10 (c) and FIGS. 10 (e) to 10 (g). On the secondary side, the rectifier diode DO2 is turned on substantially at the timing of the period TON during which the switching element Q2 is turned on, so that the rectified current I2 flowing from the secondary winding N2 to the rectifier diode DO2 is as shown in FIG. d) The waveform shown in (h) is obtained. The operation of the rectifier diode DO1 is also shown in FIG.
The waveform shown in (h) is shifted by 180 °.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】先に図7に示したRC
C方式の電源回路では、前述したように定電圧制御動作
としてスイッチング周波数が可変制御されるのである
が、定電圧制御のための制御感度が低いため、前述のよ
うに、スイッチング周波数fsの可変範囲はfs=25
KHz〜250KHzの比較的広い範囲となる。このた
め、最小負荷電力時となってスイッチング周波数が低く
なったときには、スイッチング損失が大きくなって電力
変換効率が大幅に低下する。また、スイッチング素子の
ターンオフ時のスパイク電圧を抑制するために、リセッ
ト回路10及びスナバ回路11を接続していることによ
っても電力損失を増加させている。また、図8(a)に
示したように、スイッチング動作によって発生する交番
電圧は矩形波状のパルスであり、ターンオン時及びター
ンオフ時においてスイッチングノイズが発生する。この
ため、例えば映像機器用の電源として実用化が可能な負
荷電力の条件は約1W以下であり、実際には、負荷電力
0.5W以下程度のスタンバイ電源としての用途に限定
されてしまっている。
The RC shown in FIG.
In the power supply circuit of the C system, the switching frequency is variably controlled as the constant voltage control operation as described above. However, since the control sensitivity for the constant voltage control is low, as described above, the variable range of the switching frequency fs is changed. Is fs = 25
A relatively wide range of KHz to 250 KHz. For this reason, when the switching frequency is lowered at the time of the minimum load power, the switching loss is increased and the power conversion efficiency is significantly reduced. Further, in order to suppress the spike voltage when the switching element is turned off, the power loss is increased by connecting the reset circuit 10 and the snubber circuit 11. Further, as shown in FIG. 8A, the alternating voltage generated by the switching operation is a rectangular pulse, and switching noise occurs at the time of turn-on and at the time of turn-off. For this reason, for example, the condition of the load power that can be put to practical use as a power supply for video equipment is about 1 W or less, and is actually limited to the use as a standby power supply with a load power of about 0.5 W or less. .

【0026】これに対して、図9に示したスイッチング
電源回路では、2石のスイッチング素子のコレクタ−エ
ミッタ間に対して部分共振用コンデンサを接続した、ハ
ーフブリッジ結合による電流共振形コンバータを備える
ことで、スイッチング素子のターンオフ時におけるいわ
ゆるゼロボルト(ゼロ電圧)スイッチング動作を実現し
ている。このため、図7に示す電源回路と比較して、低
ノイズであり、また電力変換効率も高められる。
On the other hand, in the switching power supply circuit shown in FIG. 9, a current resonance type converter having a half-bridge coupling and having a partial resonance capacitor connected between the collector and the emitter of the two switching elements is provided. This realizes a so-called zero volt (zero voltage) switching operation when the switching element is turned off. Therefore, compared to the power supply circuit shown in FIG. 7, the noise is lower and the power conversion efficiency is improved.

【0027】但し、図9に示したスイッチング電源回路
においても、最小負荷電力時となってスイッチング周波
数が低くなったときにおける無効電力が大きくなり、電
力変換効率は例えば60%程度となって大幅に低下す
る。また、図9に示した電源回路は2石のスイッチング
素子をハーフブリッジ結合した自励式の電流共振形コン
バータの構成を採っていることから、二系統の自励発振
駆動回路を備えたスイッチング回路系を形成する必要が
あって、それだけ構成部品点数が多くなり、電源基板の
小型軽量化に限界が生じる。更に、図9に示した回路構
成では負荷短絡保護機能が設けられていない。つまり、
負荷短絡時においては、直交型制御トランスPRTの制
御巻線NCに流れる制御電流(直流電流量)がほぼ0と
なるのであるが、これにより、スイッチング周波数が制
御範囲におけるほぼ下限にまで低くなり、一次側直列共
振回路に流れる一次側直列共振電流I1も増加する傾向
となる。この状態では、スイッチング素子Q1,Q2にお
けるスイッチング損失による発熱が無視できない程度に
増加し、場合によっては熱暴走して破壊される恐れがあ
る。このため、例えば図9にも示したように、二次側直
流出力電圧ラインに対してヒューズILを挿入して、負
荷短絡時には二次側直流出力電圧と負荷とが切断される
ようにする必要があり、これも回路基板サイズの大型化
及び電力変換効率の低下の要因となっている。
However, also in the switching power supply circuit shown in FIG. 9, the reactive power becomes large when the switching frequency becomes low at the time of the minimum load power, and the power conversion efficiency becomes large, for example, about 60%. descend. Since the power supply circuit shown in FIG. 9 employs a self-excited current resonance type converter in which two switching elements are half-bridge-coupled, a switching circuit system having two self-oscillation driving circuits is provided. Need to be formed, the number of components increases accordingly, and there is a limit in reducing the size and weight of the power supply board. Further, the circuit configuration shown in FIG. 9 does not have a load short-circuit protection function. That is,
When the load is short-circuited, the control current (the amount of direct current) flowing through the control winding NC of the orthogonal control transformer PRT becomes almost zero, but this causes the switching frequency to drop to almost the lower limit in the control range, and the primary The primary side series resonance current I1 flowing in the side series resonance circuit also tends to increase. In this state, the heat generated by the switching loss in the switching elements Q1 and Q2 increases to a non-negligible level, and in some cases, may be destroyed due to thermal runaway. Therefore, for example, as shown in FIG. 9, it is necessary to insert a fuse IL into the secondary-side DC output voltage line so that the secondary-side DC output voltage and the load are disconnected when the load is short-circuited. This also causes an increase in circuit board size and a reduction in power conversion efficiency.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記し
た課題を考慮して、例えば負荷電力が50W以下のよう
な比較的軽負荷の条件に対応するスイッチング電源回路
の小型軽量化、及び電力変換効率の向上を図ることを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, the present invention has been made to reduce the size and weight of a switching power supply circuit corresponding to relatively light load conditions such as a load power of 50 W or less, and to reduce the power consumption. The purpose is to improve the conversion efficiency.

【0029】このため、商用交流電源を入力して、この
商用交流電源レベルの等倍に対応するレベルの整流平滑
電圧を生成して直流入力電圧として出力する整流平滑手
段と、コアにギャップを施さないことで所要の結合係数
が得られるようにされたうえで上記コアに対して巻装さ
れる一次巻線と二次巻線の極性が加極性動作モードとさ
れている絶縁コンバータトランスと、直流入力電圧をス
イッチング素子により断続して上記絶縁コンバータトラ
ンスの一次巻線に出力するようにされたスイッチング手
段と、少なくとも、絶縁コンバータトランスの一次巻線
を含む漏洩インダクタンス成分と並列共振コンデンサの
キャパシタンスとによって形成されて、スイッチング手
段の動作を電圧共振形とする一次側並列共振回路と、絶
縁コンバータトランスの二次巻線に得られる交番電圧を
入力して半波整流動作を行って、入力電圧レベルのほぼ
等倍に対応する二次側直流出力電圧を生成可能に構成さ
れた直流出力電圧生成手段と、二次側直流出力電圧のレ
ベルに応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を
可変することで一次側並列共振回路の共振インピーダン
スと上記スイッチング素子の導通角を複合的に制御する
ようにして二次側出力電圧に対する定電圧制御を行うよ
うに構成された定電圧制御手段と備えてスイッチング電
源回路を構成することとした。
Therefore, a rectifying / smoothing means for receiving a commercial AC power supply, generating a rectified smoothed voltage having a level corresponding to the same level as that of the commercial AC power supply, and outputting the rectified smoothed voltage as a DC input voltage; The required coupling coefficient can be obtained by the absence of the converter converter, and the primary winding and the secondary winding wound around the core are in the polarity operation mode. A switching means for intermittently inputting the input voltage by a switching element and outputting the voltage to the primary winding of the insulated converter transformer, and at least a leakage inductance component including the primary winding of the insulated converter transformer and a capacitance of a parallel resonant capacitor. A primary-side parallel resonance circuit formed to make the operation of the switching means a voltage resonance type; DC output voltage generation configured to be able to generate a secondary DC output voltage corresponding to almost equal to the input voltage level by inputting the alternating voltage obtained to the secondary winding of the Means for controlling the resonance impedance of the primary side parallel resonance circuit and the conduction angle of the switching element in a complex manner by varying the switching frequency of the switching element according to the level of the secondary side DC output voltage. The switching power supply circuit is configured to include a constant voltage control unit configured to perform constant voltage control on the side output voltage.

【0030】上記構成によれば、一次側に対して電圧共
振形コンバータを備えたうえで、絶縁コンバータトラン
スでは疎結合とし、二次側においては半波整流回路によ
って二次側直流出力電圧を生成して負荷に電力を供給す
るようにされる。また、上記構成による定電圧制御の構
成では、二次側出力電圧レベルに応じてスイッチング周
波数を変化させることで、一次側並列共振回路の共振イ
ンピーダンスと上記スイッチング素子の導通角を同時に
制御し、この複合的な制御動作によって結果的に制御感
度の向上を図っている。
According to the above configuration, the primary side is provided with a voltage resonance type converter, the isolation converter transformer is loosely coupled, and the secondary side generates a secondary side DC output voltage by a half-wave rectifier circuit. To supply power to the load. Further, in the configuration of the constant voltage control according to the above configuration, by changing the switching frequency according to the secondary side output voltage level, the resonance impedance of the primary side parallel resonance circuit and the conduction angle of the switching element are simultaneously controlled. As a result, the control sensitivity is improved by the composite control operation.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】図1の回路図は、本発明の実施の
形態としてのスイッチング電源回路の構成を示してい
る。なお、この図において、図7及び図9に示した電源
回路と同一部分については同一符号を付して、同一構成
部位に関しての説明はここでは省略することにする。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a switching power supply circuit according to an embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those of the power supply circuit shown in FIGS. 7 and 9 are denoted by the same reference numerals, and the description of the same components will be omitted here.

【0032】図1に示す電源回路の一次側に対しては、
1石のスイッチング素子Q1 を備えた自励式の電圧共振
形スイッチングコンバータが備えられる。この場合、ス
イッチング素子Q1には、高耐圧のバイポーラトランジ
スタ(BJT;接合型トランジスタ)が採用されてい
る。この場合、スイッチング素子Q1 のベースは、ベー
ス電流制限抵抗RB−起動抵抗RS の直列接続を介して
平滑コンデンサCi1(整流平滑電圧2Ei)の正極側
に接続されていることで、起動時のベース電流が整流平
滑ラインから得られるようにしている。また、スイッチ
ング素子Q1 のベースと一時側アース間には、ベース電
流制限抵抗RB,共振コンデンサCB ,検出駆動巻線NB
の直列接続回路よりなる自励発振駆動用の共振回路(自
励発振駆動回路)が接続される。スイッチング素子Q1
は、起動電流に因り起動された後は、この自励発振駆動
回路からベースに印加される駆動電流によってスイッチ
ング駆動される。また、スイッチング素子Q1 のベース
と平滑コンデンサCiの負極(1次側アース)間に挿入
されるクランプダイオードDD により、スイッチング素
子Q1 のオフ時に流れるダンパー電流の経路を形成する
ようにされている。また、スイッチング素子Q1 のコレ
クタは絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 の
一端と接続され、エミッタは接地されることで、スイッ
チング素子Q1 のスイッチング出力が、一次巻線N1に
伝達される。
For the primary side of the power supply circuit shown in FIG.
A self-excited voltage resonance type switching converter having one switching element Q1 is provided. In this case, a high withstand voltage bipolar transistor (BJT; junction transistor) is employed as the switching element Q1. In this case, the base of the switching element Q1 is connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor Ci1 (rectified smoothing voltage 2Ei) through a series connection of the base current limiting resistor RB and the starting resistor RS, so that the base current at the time of starting is increased. Is obtained from the rectifying and smoothing line. A base current limiting resistor RB, a resonance capacitor CB, and a detection drive winding NB are provided between the base of the switching element Q1 and the temporary ground.
The self-excited oscillation driving resonance circuit (self-excited oscillation driving circuit) composed of the series connection circuit of FIG. Switching element Q1
After being driven by the starting current, the switching is driven by the driving current applied to the base from the self-excited oscillation driving circuit. A clamp diode DD inserted between the base of the switching element Q1 and the negative electrode (primary ground) of the smoothing capacitor Ci forms a path for a damper current flowing when the switching element Q1 is off. The collector of the switching element Q1 is connected to one end of the primary winding N1 of the insulation converter transformer PIT, and the emitter is grounded, so that the switching output of the switching element Q1 is transmitted to the primary winding N1.

【0033】また、上記スイッチング素子Q1 のコレク
タ−エミッタ間に対しては、並列共振コンデンサCrが
並列に接続されている。この並列共振コンデンサCr
は、自身のキャパシタンスと、絶縁コンバータトランス
PITの一次巻線N1側のリーケージインダクタンスL1
とにより、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を
電圧共振形とするための一次側並列共振回路を形成す
る。そして、ここでは詳しい説明を省略するが、スイッ
チング素子Q1 のオフ時には、この並列共振回路の作用
によって共振コンデンサCrの両端電圧Vcrは、実際
には正弦波状のパルス波形となって電圧共振形の動作が
得られる。
A parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel between the collector and the emitter of the switching element Q1. This parallel resonance capacitor Cr
Is the capacitance of itself and the leakage inductance L1 on the primary winding N1 side of the isolated converter transformer PIT.
Thus, a primary side parallel resonance circuit for forming the switching operation of the switching element Q1 into a voltage resonance type is formed. Although the detailed description is omitted here, when the switching element Q1 is turned off, the voltage Vcr across the resonance capacitor Cr actually becomes a sinusoidal pulse waveform due to the action of the parallel resonance circuit, and the voltage resonance type operation is performed. Is obtained.

【0034】この図に示す直交型制御トランスPRT
は、検出巻線ND,駆動巻線NB,及び制御巻線NCが巻
装された可飽和リアクトルである。この直交型制御トラ
ンスPRTの構造としては、図2に示すようにして、4
本の磁脚を有する2つのダブルコの字型コア201,2
02の互いの磁脚の端部を接合するようにして立体型コ
ア200を形成する。そして、この立体型コア200の
所定の2本の磁脚に対して、同じ巻回方向に検出巻線N
D,駆動巻線NBを巻装し、更に制御巻線NCを、上記検
出巻線ND,駆動巻線NBに対して直交する方向に巻装し
て構成される。
The orthogonal control transformer PRT shown in FIG.
Is a saturable reactor on which a detection winding ND, a drive winding NB, and a control winding NC are wound. The structure of the orthogonal control transformer PRT is, as shown in FIG.
Two U-shaped cores 201, 2 having two magnetic legs
The two-dimensional core 200 is formed so that the ends of the magnetic legs 02 are joined to each other. Then, the detection winding N is applied to the predetermined two magnetic legs of the three-dimensional core 200 in the same winding direction.
D, the drive winding NB is wound, and the control winding NC is wound in a direction orthogonal to the detection winding ND and the drive winding NB.

【0035】この場合、直交型制御トランスPRTの検
出巻線NDは、平滑コンデンサCiの正極と絶縁コンバ
ータトランスPITの一次巻線N1との間に直列に挿入
されることで、スイッチング素子Q1のスイッチング出
力は、一次巻線N1を介して検出巻線NDに伝達される。
直交型制御トランスPRTにおいては、検出巻線NDに
得られたスイッチング出力により駆動巻線NBが励起さ
れて、駆動巻線NBに交番電圧が発生する。この交番電
圧は、自励発振駆動回路における駆動電圧の源となる。
In this case, the detection winding ND of the orthogonal control transformer PRT is inserted in series between the positive electrode of the smoothing capacitor Ci and the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT, so that the switching of the switching element Q1 is performed. The output is transmitted to the detection winding ND via the primary winding N1.
In the orthogonal control transformer PRT, the drive winding NB is excited by the switching output obtained from the detection winding ND, and an alternating voltage is generated in the drive winding NB. This alternating voltage becomes a source of a driving voltage in the self-excited oscillation driving circuit.

【0036】この図に示す制御回路1は、入力された二
次側直流出力電圧EO1のレベルに応じて制御巻線NCに
流す制御電流(直流電流)レベルを変化させるように動
作する。なお、その内部構成としては、例えば図9に示
した制御回路1と概略同様の構成を採ればよい。
The control circuit 1 shown in FIG. 3 operates to change the level of the control current (DC current) flowing through the control winding NC in accordance with the level of the input secondary-side DC output voltage EO1. Note that the internal configuration thereof may be substantially the same as the configuration of the control circuit 1 shown in FIG. 9, for example.

【0037】制御回路1の動作によって、二次側直流出
力電圧レベルの変化に応じて制御巻線NCに流す制御電
流(直流電流)レベルが可変されることで、直交型制御
トランスPRTに巻装された駆動巻線NBのインダクタ
ンスLBが可変制御される。これにより、駆動巻線NBの
インダクタンスLBを含んで形成されるスイッチング素
子Q1のための自励発振駆動回路内の直列共振回路の共
振条件が変化する。これは、後に図5にて説明するよう
に、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数を可変
する動作となるが、この動作によって二次側直流出力電
圧を安定化する作用を有する。
By the operation of the control circuit 1, the level of the control current (DC current) flowing through the control winding NC is changed in accordance with the change in the secondary-side DC output voltage level, so that it is wound around the orthogonal control transformer PRT. The inductance LB of the driven winding NB is variably controlled. Thereby, the resonance condition of the series resonance circuit in the self-excited oscillation drive circuit for the switching element Q1 formed including the inductance LB of the drive winding NB changes. This is an operation of varying the switching frequency of the switching element Q1, as will be described later with reference to FIG. 5, and this operation has the effect of stabilizing the secondary-side DC output voltage.

【0038】本実施の形態における絶縁コンバータトラ
ンスPITは、図3に示すように、例えばフェライト材
によるE型コア101,102を互いの磁脚が対向する
ように組み合わせたEE型コア100が備えられ、この
EE型コア100の中央磁脚に対して、実際には一次側
と二次側とで巻装部が分割された分割ボビンを利用して
一次巻線N1と、二次巻線N2(及びN2A)をそれぞれ分
割した状態で巻装している。この場合、中央磁脚に対し
てはギャップは形成しないものとされ、これにより、或
る所要の飽和状態が得られる程度の疎結合の状態を得る
ようにしている。この場合の結合係数kとしては、例え
ばk≒0.90とされる。
As shown in FIG. 3, the insulating converter transformer PIT according to the present embodiment includes an EE-type core 100 in which E-type cores 101 and 102 made of, for example, a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other. With respect to the center magnetic leg of the EE type core 100, actually, a primary winding N1 and a secondary winding N2 (using a divided bobbin in which a winding portion is divided into a primary side and a secondary side). And N2A) are wound separately. In this case, no gap is formed with respect to the center magnetic leg, so that a loose coupling state is obtained to a certain required saturation state. The coupling coefficient k in this case is, for example, k ≒ 0.90.

【0039】この場合、絶縁コンバータトランスPIT
においては、一次巻線N1に伝達されたスイッチング出
力によって二次巻線N2に交番電圧が励起される。本実
施の形態の場合、この二次巻線N2に対しては、図のよ
うにタップが設けられ、このタップ出力に対して直列に
接続された整流ダイオードDO1のアノードが接続され
る。整流ダイオードDO1のカソードは平滑コンデンサC
O1の正極に対して接続され、平滑コンデンサCO1の負極
は二次側アースに対して接続される。つまり、[整流ダ
イオードDO1,平滑コンデンサCO1]の組により、二次
巻線N2におけるタップ巻線に得られる交番電圧を入力
して半波整流を行って二次側直流出力電圧EO1を得る半
波整流回路が形成される。二次側直流出力電圧EO1は図
示しない負荷に供給されると共に、分岐して前述した制
御回路1の検出電圧として入力される。また、整流ダイ
オードDO2のアノードを二次巻線N2の巻始めの端部に
対して接続し、カソードを平滑コンデンサCO2の正極に
接続することによって、[整流ダイオードDO1,平滑コ
ンデンサCO1]の組から成る半波整流回路が形成され
る。この[整流ダイオードDO1,平滑コンデンサCO1]
により形成される半波整流回路は二次側直流出力電圧E
O2を生成し、この場合には、制御回路1の動作電源とし
て供給する。
In this case, the insulation converter transformer PIT
In, an alternating voltage is excited in the secondary winding N2 by the switching output transmitted to the primary winding N1. In the case of the present embodiment, a tap is provided for the secondary winding N2 as shown in the figure, and an anode of a rectifier diode DO1 connected in series to the tap output is connected. The cathode of the rectifier diode DO1 is a smoothing capacitor C
The positive terminal of O1 is connected to the positive terminal, and the negative terminal of the smoothing capacitor CO1 is connected to the secondary side ground. In other words, a half-wave rectification is performed by inputting the alternating voltage obtained in the tap winding of the secondary winding N2 and performing a half-wave rectification to obtain the secondary-side DC output voltage EO1 by a set of [rectifying diode DO1, smoothing capacitor CO1]. A rectifier circuit is formed. The secondary-side DC output voltage EO1 is supplied to a load (not shown) and is branched and input as a detection voltage of the control circuit 1 described above. Also, by connecting the anode of the rectifier diode DO2 to the end of the secondary winding N2 at the beginning of the winding and connecting the cathode to the positive electrode of the smoothing capacitor CO2, the set of [rectifying diode DO1, smoothing capacitor CO1] can be obtained. Is formed. This [rectifier diode DO1, smoothing capacitor CO1]
Is a secondary-side DC output voltage E
O2 is generated, and in this case, is supplied as the operating power of the control circuit 1.

【0040】ここで、図3に示した構造を採る絶縁コン
バータトランスPITにおいては、一次巻線N1 、二次
巻線N2 の極性(巻方向)と整流ダイオード(DO1,D
O2)の接続との関係によって、一次巻線N1 のインダク
タンスL1と二次巻線N2 のインダクタンスL2 との相
互インダクタンスMについて、+M(加極性モード;フ
ォワード方式)となる場合と−M(減極性モード;フラ
イバック方式)となる場合とに分けられる。例えば、図
4(a)に示す接続形態を採る場合の動作では相互イン
ダクタンスは+Mとなり、図4(b)に示す接続形態を
採る場合の動作では相互インダクタンスは−Mとなる。
この図に示す回路では、一次巻線N1 、二次巻線N2 の
極性は加極性モードとなっている。
Here, in the isolated converter transformer PIT having the structure shown in FIG. 3, the polarities (winding directions) of the primary winding N1 and the secondary winding N2 and the rectifier diodes (DO1, D0).
O2), the mutual inductance M between the inductance L1 of the primary winding N1 and the inductance L2 of the secondary winding N2 is + M (additive mode; forward method) and -M (depolarization). Mode; flyback method). For example, the mutual inductance is + M in the operation when the connection form shown in FIG. 4A is adopted, and the mutual inductance is -M in the operation when the connection form shown in FIG. 4B is adopted.
In the circuit shown in this figure, the polarities of the primary winding N1 and the secondary winding N2 are in an additive polarity mode.

【0041】また、本実施の形態においては、二次巻線
N2に対して二次側並列共振コンデンサC2が設けられ
る。これにより、二次巻線N2のリーケージインダクタ
ンスL2と二次側並列共振コンデンサC2のキャパシタン
スとによって並列共振回路が形成される。この並列共振
回路により、二次巻線N2に励起される交番電圧は共振
電圧となる。つまり二次側において電圧共振動作が得ら
れる。即ち、本実施の形態の電源回路では、一次側には
スイッチング動作を電圧共振形とするための並列共振回
路が備えられ、二次側にも二次巻線N2と並列共振コン
デンサC2により形成される並列共振回路が備えられこ
とになる。なお、本明細書では、このように一次側及び
二次側に対して共振回路が備えられて動作する構成のス
イッチングコンバータについては、「複合共振形スイッ
チングコンバータ」ともいうことにする。
In this embodiment, a secondary side parallel resonance capacitor C2 is provided for the secondary winding N2. Thereby, a parallel resonance circuit is formed by the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 and the capacitance of the secondary side parallel resonance capacitor C2. The alternating voltage excited by the secondary winding N2 by this parallel resonance circuit becomes a resonance voltage. That is, a voltage resonance operation is obtained on the secondary side. That is, in the power supply circuit of the present embodiment, the primary side is provided with a parallel resonance circuit for making the switching operation a voltage resonance type, and the secondary side is also formed by the secondary winding N2 and the parallel resonance capacitor C2. Parallel resonance circuit is provided. In the present specification, such a switching converter configured to operate with a resonance circuit provided on the primary side and the secondary side is also referred to as a “composite resonance type switching converter”.

【0042】上記のようにして、二次巻線N2に対して
二次側並列共振コンデンサC2が設けられると、二次側
並列共振回路の共振動作によって、二次側における整流
動作時の電力が増加するため、対応可能な負荷電力を増
加させることが可能になる。例えば、本実施の形態の電
源回路であれば、二次側並列共振コンデンサC2の挿入
によって1W〜50Wの負荷電力に対応させること可能
になるものである。但し、スタンバイ電源に用いる場合
など、1W以下の負荷電力の条件となる場合には、二次
側並列共振コンデンサC2は挿入しないようにすること
で、負荷電力の調整を図ることが出来る。
As described above, when the secondary side parallel resonance capacitor C2 is provided for the secondary winding N2, the electric power during the rectification operation on the secondary side is generated by the resonance operation of the secondary side parallel resonance circuit. Because of the increase, the load power that can be handled can be increased. For example, in the case of the power supply circuit according to the present embodiment, it becomes possible to cope with a load power of 1 W to 50 W by inserting the secondary side parallel resonance capacitor C2. However, in the case of a load power of 1 W or less, such as when using a standby power supply, the load power can be adjusted by not inserting the secondary-side parallel resonance capacitor C2.

【0043】図5は、上記図1〜図4により説明した構
成の電源回路の要部の動作を示す波形図である。この図
において、図5(a)〜(e)は、最大負荷電力(Po
max=50W)、最小保証交流入力電圧(VAC mi
n=80V)時における各部の動作波形を示し、図5
(f)〜(j)は、それぞれ、最小負荷電力(Pomi
n(Po=0))、最大保証交流入力電圧(VAC ma
x)時における図5(a)〜(e)と同一部の動作波形
を示している。また、図5(b)(c)(d)(e)に
おいて破線で示す波形は、二次側並列共振コンデンサC
2を省略した構成の場合に得られる動作を示している。
図5(b)(c)(d)(e)において実線で示す波形
が、二次側並列共振コンデンサC2を接続している場合
の動作である。
FIG. 5 is a waveform chart showing the operation of the main part of the power supply circuit having the structure described with reference to FIGS. 5A to 5E show the maximum load power (Po).
max = 50W), the minimum guaranteed AC input voltage (VAC mi)
5 shows the operation waveforms of the respective parts when n = 80 V).
(F) to (j) respectively show the minimum load power (Pomi)
n (Po = 0)), the maximum guaranteed AC input voltage (VAC ma)
5 shows operation waveforms of the same part as in FIGS. 5A to 5E at time x). 5 (b), (c), (d), and (e), the waveforms indicated by broken lines are the secondary-side parallel resonance capacitors C.
The operation obtained in the case of the configuration in which 2 is omitted is shown.
5 (b), (c), (d) and (e), the waveforms shown by solid lines are the operations when the secondary parallel resonance capacitor C2 is connected.

【0044】スイッチング素子Q1がスイッチング動作
を行うことで、スイッチング素子Q1のコレクタ−エミ
ッタ間に得られる共振電圧Vcrは、図5(a)(f)
に示すように、スイッチング素子Q1がオンとなる期間
TONでは0レベルとなり、オフとなる期間TOFFでは矩
形波状のパルスとなる波形が得られる。また、この図5
(a)(f)に示す共振電圧Vcrを比較して分かるよ
うに、最大負荷電力(Pomax=50W)、最小保証
交流入力電圧(VAC min=80V)時に対して、最
小負荷電力(Pomin=0)、最大保証交流入力電圧
(VAC max=288V)時には、前述した定電圧制
御動作によって、スイッチング周波数が高くなるように
制御されている。このとき、スイッチング素子Q1のコ
レクタに流れるコレクタ電流Icpは、図5(b)
(g)に示すように、期間TONに流入し、期間TOFFに
は0レベルとなる波形が得られる。また、一次巻線N1
を介して流れるスイッチング出力電流I1は、図5
(c)(h)に示すようにして、ほぼスイッチング周波
数に対応する交番電流となっていると共に、一次側並列
共振回路の作用によって正弦波に近い波形が得られる。
また、本実施の形態における二次側の整流動作は、図4
を参照して説明したように、加極性モード(フォワード
方式)となる。これは、図5(e)(j)に示すように
して、スイッチング素子Q1がオンとなる期間TONにほ
ぼ対応して、整流ダイオードDO1,DO2が導通して整流
電流I2が流れる動作として示されている。また、二次
側並列共振回路において発生する二次側並列共振電圧V
2は、整流ダイオードDO1,DO2の非導通時(オフ時)
には、負極性の方向に正弦波となり、整流ダイオードD
O1,DO2の導通時(オン時)には正極性で直流出力電圧
EO(EO1,EO2)のレベルでクランプされる波形とな
る。
When the switching element Q1 performs a switching operation, the resonance voltage Vcr obtained between the collector and the emitter of the switching element Q1 is as shown in FIGS.
As shown in the figure, a waveform having a rectangular pulse shape is obtained during the period TON when the switching element Q1 is on and during the period TOFF when the switching element Q1 is off. FIG.
(A) As can be seen by comparing the resonance voltage Vcr shown in (f), the minimum load power (Pomin = 0) with respect to the maximum load power (Pomax = 50 W) and the minimum guaranteed AC input voltage (VAC min = 80 V). ), When the maximum guaranteed AC input voltage (VAC max = 288 V), the switching frequency is controlled to be higher by the above-described constant voltage control operation. At this time, the collector current Icp flowing through the collector of the switching element Q1 is as shown in FIG.
As shown in (g), a waveform which flows into the period TON and becomes 0 level during the period TOFF is obtained. The primary winding N1
The switching output current I1 flowing through
(C) As shown in (h), the alternating current substantially corresponds to the switching frequency, and a waveform close to a sine wave is obtained by the action of the primary side parallel resonance circuit.
In addition, the rectification operation on the secondary side in the present embodiment is described in FIG.
As described with reference to the above, the additional polarity mode (forward method) is set. This is shown as an operation in which the rectifier diodes DO1 and DO2 are turned on and the rectified current I2 flows substantially corresponding to the period TON during which the switching element Q1 is turned on, as shown in FIGS. ing. Also, the secondary-side parallel resonance voltage V generated in the secondary-side parallel resonance circuit
2 is when the rectifier diodes DO1, DO2 are not conducting (off)
Has a sine wave in the direction of negative polarity and a rectifier diode D
When O1 and DO2 are conducting (on), the waveform has a positive polarity and is clamped at the level of the DC output voltage EO (EO1, EO2).

【0045】なお、並列共振コンデンサC2が挿入され
ていない構成の場合、最大負荷電力Pomax=50
W、最小保証交流入力電圧VAC=80V時には、図5
(b)〜(e)の破線の波形のようにしてスイッチング
動作波形(Icp,I1,V2,I2)が変化する。
In the case where the parallel resonance capacitor C2 is not inserted, the maximum load power Pomax = 50
W, when the minimum guaranteed AC input voltage VAC = 80 V,
The switching operation waveforms (Icp, I1, V2, I2) change as shown by the broken lines in (b) to (e).

【0046】本実施の形態の電源回路では、これまでの
説明から分かるように、一次側には電圧共振形コンバー
タ(並列共振回路)を備え、二次側には並列共振回路及
び半波整流回路を備えた複合共振形スイッチングコンバ
ータとされている。ここで図6に、本実施の形態におけ
る、スイッチング周波数fsと二次側直流出力電圧EO
(E01)との関係を示す。この場合には横軸にスイッチ
ング周波数をとり、縦軸に二次側直流出力電圧EOのレ
ベルをとっている。実線により示す共振曲線から分かる
ように、図1に示す本実施の形態の電源回路では、例え
ば負荷変動や直流入電圧の変動に応じて、二次側直流出
力電圧EO1を或る所要のレベル(例えば5V程度)に安
定化するためには、スイッチング周波数fsを100K
Hz〜200KHzのΔ100KHzの範囲で制御する
ことになる。これに対して、例えば図7に示した電源回
路の場合、二次側直流出力電圧を定電圧化するために
は、前述したようにスイッチング周波数fsを例えば2
5KHz〜250KHzのΔ225KHzの範囲で制御
する必要がある。
As can be seen from the above description, the power supply circuit of the present embodiment includes a voltage resonance type converter (parallel resonance circuit) on the primary side, and a parallel resonance circuit and a half-wave rectification circuit on the secondary side. And a composite resonance type switching converter provided with: FIG. 6 shows the switching frequency fs and the secondary side DC output voltage EO in the present embodiment.
(E01). In this case, the horizontal axis indicates the switching frequency, and the vertical axis indicates the level of the secondary side DC output voltage EO. As can be seen from the resonance curve shown by the solid line, in the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 1, the secondary side DC output voltage EO1 is changed to a predetermined level (for example, in response to a load change or a change in DC input voltage). For example, to stabilize the switching frequency fs at about 100 V
The control is performed in a range of Δ100 KHz from Hz to 200 KHz. On the other hand, for example, in the case of the power supply circuit shown in FIG. 7, in order to make the secondary DC output voltage constant, the switching frequency fs is set to, for example, 2 as described above.
It is necessary to control within a range of Δ225 KHz from 5 KHz to 250 KHz.

【0047】上記のようにして本実施の形態においてス
イッチング周波数の制御範囲が縮小されるのは、次のよ
うな理由による。本実施の形態においては、制御回路1
及び直交型制御トランスから成る定電圧制御回路系の動
作によって、スイッチング素子Q1のスイッチング周波
数を可変制御することで定電圧制御作用を有することは
前に述べたとおりである。この動作は図5にも示されて
おり、例えば図5(a)(b)と、図5(f)(g)の
各波形(Vcr,Icp)を比較して分かるように、ス
イッチング周波数を可変するのにあたり、この回路で
は、スイッチング素子Q1がオフとなる期間TOFFは一定
とされたうえで、オンとなる期間TONを可変制御するよ
うにしている。つまり、本実施の形態では、定電圧制御
動作として、スイッチング周波数を可変制御するように
動作することで、スイッチング出力に対する共振インピ
ーダンス制御を行い、これと同時に、スイッチング周期
におけるスイッチング素子の導通角制御(PWM制御)
も行っているものと見ることが出来る。そして、この複
合的な制御動作を1組の制御回路系によって実現してい
る。実際には、図5(a)(b)に示す動作波形が対応
するPomax、VAC=80V時に対して、図5(f)
(g)に示す動作波形が対応するPo=0、VAC=28
8V時では、期間TONはスイッチング周波数に応じて短
縮する。これに伴い、平滑コンデンサCiから電圧共振
形コンバータに流入する電流I1の電流量も、図4
(c)→図4(h)の遷移として示すように制限される
ことになるので、これにより制御感度は向上する。
The reason why the control range of the switching frequency is reduced in the present embodiment as described above is as follows. In the present embodiment, the control circuit 1
As described above, the switching voltage of the switching element Q1 is variably controlled by the operation of the constant voltage control circuit system including the quadrature control transformer. This operation is also shown in FIG. 5. For example, as can be seen by comparing the waveforms (Vcr, Icp) of FIGS. 5 (a) and 5 (b) with FIGS. In making this change, this circuit is configured such that the period TOFF during which the switching element Q1 is off is fixed, and the period TON during which the switching element Q1 is on is variably controlled. That is, in the present embodiment, as the constant voltage control operation, the resonance frequency control for the switching output is performed by operating to variably control the switching frequency, and at the same time, the conduction angle control of the switching element in the switching cycle ( PWM control)
Can also be seen as doing. This complex control operation is realized by a set of control circuit systems. Actually, when the operation waveforms shown in FIGS. 5A and 5B correspond to Pomax and VAC = 80 V, FIG.
Po = 0 and VAC = 28 corresponding to the operation waveform shown in (g).
At 8 V, the period TON is shortened according to the switching frequency. Accordingly, the amount of current I1 flowing from the smoothing capacitor Ci to the voltage resonance type converter also increases as shown in FIG.
(C) → the transition is limited as shown in FIG. 4 (h), thereby improving the control sensitivity.

【0048】また、図6においては、スイッチング周波
数fsに対して、一次側並列共振回路の並列共振周波数
fo1と、二次側並列共振回路の並列共振周波数fo2
が示されているが、ここで、例えば図のように、並列共
振周波数fo1と直列共振周波数fo2とを80KHz
付近で等しくなるようにインダクタンス、キャパシタン
スを選定すれば、上記したスイッチング周波数制御動作
(定電圧制御動作)によって、上記2組の並列共振回路
の共振インピーダンスを同時に制御するように動作して
二次側出力電圧を可変制御するという動作が得られる。
このような動作によっても大幅に制御感度が向上され
る。上記のようにして制御感度を向上させていること
で、本実施の形態の電源回路では実質的な制御範囲は拡
大されるものである。これにより、先に述べたように、
スイッチング周波数の可変幅は従来よりも小さくて済む
ようにされる。
In FIG. 6, the switching frequency fs and the parallel resonance frequency fo1 of the primary side parallel resonance circuit and the parallel resonance frequency fo2 of the secondary side parallel resonance circuit with respect to the switching frequency fs are shown.
Here, for example, as shown in the figure, the parallel resonance frequency fo1 and the series resonance frequency fo2 are set to 80 KHz.
If the inductance and the capacitance are selected so as to be equal in the vicinity, the switching frequency control operation (constant voltage control operation) operates so as to simultaneously control the resonance impedance of the two sets of parallel resonance circuits, and the secondary side An operation of variably controlling the output voltage is obtained.
Such an operation also greatly improves the control sensitivity. By improving the control sensitivity as described above, the substantial control range can be expanded in the power supply circuit according to the present embodiment. This, as mentioned earlier,
The variable width of the switching frequency can be made smaller than before.

【0049】また、図5(a)(f)に示した共振電圧
Vcrとして期間TOFFに得られるパルスは、直流入力
電圧(整流平滑電圧Ei)に対して、電圧共振形コンバ
ータの一次側の並列共振回路のインピーダンスが作用す
ることによって発生する。この共振電圧Vcrのパルス
のレベルLvcrは、整流平滑電圧レベルをEi、スイ
ッチング素子Q1の1スイッチング周期内のオフ期間及
びオン期間の時間長をそれぞれTOFF,TONで表すとす
れば、 Lvcr=Ei{1+(π/2)・(TON/TOFF)}・・・(式1) で表される。ここで、本実施の形態の電源回路を、商用
交流電源としてAC100V系とAC200V系とで共
用したとする。この場合、AC100V系(VAC=80
V)とAC200V系(VAC=288V)とでは、直流
入力電圧(整流平滑電圧Ei)は、110V〜400V
というほぼ3.6倍の範囲で変化することになる。本実
施の形態の定電圧制御は、前述したように、スイッチン
グ素子Q1がオフとなる期間TOFFは一定で、オンとなる
期間TONを可変制御することでスイッチング周波数を可
変するようにしている。つまり、直流入力電圧(整流平
滑電圧Ei)が高くなれば、それだけ期間TONを短くす
るように動作する。このような動作を上記(式1)に対
応させると、AC100V系とAC200V系とで、整
流平滑電圧Eiが3.6倍の変化幅を有しているとして
も、共振電圧VcrのパルスレベルLvcrは、整流平
滑電圧Eiの上昇には比例せずに、その上昇率が抑制さ
れることになる。実際には、VAC=80V〜288Vの
変化(即ち整流平滑電圧Eiの変化)に対する共振電圧
VcrのパルスレベルLvcrは、図5(a)(f)に
も示されているように、Lvcr=550Vp〜715
Vpとなり、ほぼ1.3倍程度の増加率にまで抑制され
る。このため、共振電圧Vcrのパルスが印加するスイ
ッチング素子Q1及び並列共振コンデンサCrについて
は、例えば900Vの耐圧品を選定すればよいことにな
る。これによって、スイッチング素子Q1及び並列共振
コンデンサCrについては、安価なものを選定すること
ができ、特にバイポーラトランジスタであるスイッチン
グ素子Q1については、飽和電圧VCE(SAT)、蓄積時間t
STG、下降時間tf、電流増幅率hFEなどの特性が良好
なものを選択することが可能になる。
The pulses obtained during the period TOFF as the resonance voltage Vcr shown in FIGS. 5A and 5F are parallel to the DC input voltage (rectified smoothed voltage Ei) on the primary side of the voltage resonance type converter. This is caused by the action of the impedance of the resonance circuit. Assuming that the level Lvcr of the pulse of the resonance voltage Vcr is represented by Ei as the rectified smoothed voltage level and TOFF and TON as the lengths of the OFF period and the ON period within one switching cycle of the switching element Q1, respectively, Lvcr = Ei { 1+ (π / 2) · (TON / TOFF)} (Expression 1) Here, it is assumed that the power supply circuit of the present embodiment is shared by the AC 100 V system and the AC 200 V system as a commercial AC power supply. In this case, AC100V system (VAC = 80
V) and the AC 200 V system (VAC = 288 V), the DC input voltage (rectified smoothed voltage Ei) is 110 V to 400 V
About 3.6 times. In the constant voltage control of the present embodiment, as described above, the period TOFF during which the switching element Q1 is off is constant, and the switching frequency is varied by variably controlling the period TON during which the switching element Q1 is on. That is, the higher the DC input voltage (rectified smoothed voltage Ei), the shorter the period TON. If such an operation is made to correspond to the above (Equation 1), the pulse level Lvcr of the resonance voltage Vcr is obtained even if the rectified smoothed voltage Ei has a 3.6-fold change width between the AC 100 V system and the AC 200 V system. Is not proportional to the rise of the rectified smoothed voltage Ei, and the rate of increase is suppressed. Actually, the pulse level Lvcr of the resonance voltage Vcr with respect to a change of VAC = 80 V to 288 V (that is, a change of the rectified smoothing voltage Ei) is Lvcr = 550 Vp as shown in FIGS. ~ 715
Vp, which is suppressed to an increase rate of about 1.3 times. Therefore, for the switching element Q1 and the parallel resonance capacitor Cr to which the pulse of the resonance voltage Vcr is applied, for example, a 900V withstand voltage product may be selected. As a result, inexpensive switching element Q1 and parallel resonance capacitor Cr can be selected. In particular, for switching element Q1 which is a bipolar transistor, saturation voltage VCE (SAT) and storage time t
Good characteristics such as STG, falling time tf, and current amplification factor hFE can be selected.

【0050】また、本実施の形態の電源回路に備えられ
る直交型制御トランスPRTには、先に図2により示し
たように、制御巻線NC,検出巻線ND,駆動巻線NBが
備えられるが、例えば検出巻線ND及び駆動巻線NBにつ
いて、制御巻線NCとして採用される線材と同一の線材
を使用すれば、部品管理及び製造工程が簡略化されて製
造能率が向上する。
Also, the orthogonal control transformer PRT provided in the power supply circuit of the present embodiment is provided with a control winding NC, a detection winding ND, and a drive winding NB as shown in FIG. However, for example, if the same wire as that used as the control winding NC is used for the detection winding ND and the drive winding NB, the parts management and the manufacturing process are simplified, and the manufacturing efficiency is improved.

【0051】更に本実施の形態の電源回路では、二次側
並列共振回路が備えられていることで、負荷短絡時にお
いても、二次側並列共振回路の並列共振動作によって二
次側並列共振電圧V2が生じている状態が得られる。こ
のため、二次側直流電圧EO1は、例えば平常時の15V
から10Vに低下するものの、制御回路1に対しては、
二次側出力電圧の供給を維持することが可能になる。そ
こで、負荷短絡時においては、制御回路1内の誤差増幅
用ICを短絡させるように構成することで、直交型制御
トランスPRTの制御巻線NCに流す直流電流を維持さ
せてスイッチング周波数の低下を抑制する。この結果、
一次側直列共振電流I1、及びスイッチング素子Q1のコ
レクタに流れるコレクタ電流Icpの増加も抑制され
て、スイッチング素子Q1の熱暴走も回避される。つま
り、本実施の形態の電源回路としては、負荷短絡保護機
能をその回路内に備えるものであり、負荷短絡時におい
ても安定的なスイッチング動作を継続させることが出来
る。このため、本実施の形態の電源回路ではICリンク
ヒューズ等の保護部品を削除することも可能になる。
Further, in the power supply circuit of the present embodiment, since the secondary side parallel resonance circuit is provided, even when the load is short-circuited, the secondary side parallel resonance voltage of the secondary side parallel resonance circuit is maintained by the parallel resonance operation of the secondary side parallel resonance circuit. The state where V2 occurs is obtained. For this reason, the secondary DC voltage EO1 is, for example, 15 V
To 10V, but for the control circuit 1,
The supply of the secondary side output voltage can be maintained. Therefore, when the load is short-circuited, the DC current flowing through the control winding NC of the orthogonal control transformer PRT is maintained by short-circuiting the error amplifying IC in the control circuit 1 to reduce the switching frequency. Suppress. As a result,
The increase in the primary side series resonance current I1 and the collector current Icp flowing through the collector of the switching element Q1 are also suppressed, and thermal runaway of the switching element Q1 is also avoided. In other words, the power supply circuit according to the present embodiment has a load short-circuit protection function in the circuit, so that a stable switching operation can be continued even when the load is short-circuited. For this reason, in the power supply circuit according to the present embodiment, it is also possible to eliminate a protection component such as an IC link fuse.

【0052】図1に示した実際の電源回路についての実
験結果として、最大負荷電力Pomax=50W、交流
入力電圧VAC=100V時においては約90%の電力変
換効率が得られ、最小負荷電力Pomin=10W、交
流入力電圧VAC=240V時の条件では約80%の電力
変換効率が得られており、特に最小負荷電力時の電力変
換効率について、従来よりも20%程度向上されるとい
う結果が得られている。
As an experimental result of the actual power supply circuit shown in FIG. 1, when the maximum load power Pomax = 50 W and the AC input voltage VAC = 100 V, a power conversion efficiency of about 90% is obtained, and the minimum load power Pomin = Under the conditions of 10 W and AC input voltage VAC = 240 V, a power conversion efficiency of about 80% is obtained. In particular, a result is obtained that the power conversion efficiency at the minimum load power is improved by about 20% as compared with the conventional case. ing.

【0053】上記実施の形態は、一次側に自励式の電圧
共振形コンバータを備えた構成とされているが、本発明
としては、例えば自励発振駆動回路に代えて、IC(集
積回路)による発振・ドライブ回路を備え、この発振・
ドライブ回路により電圧共振形コンバータのスイッチン
グ素子を駆動するという構成を採ることも可能である。
この場合、定電圧制御としては、二次側出力電圧レベル
に応じて発振・ドライブ回路にて生成される駆動信号波
形を可変制御する。その制御としては、図5(a)
(f)に示す動作に対応するようにして、スイッチング
素子がオフとなる期間TOFFは一定で、オンとなる期間
TONが二次側出力電圧レベルの上昇に応じて短縮される
ようにして駆動信号波形を生成すればよいものである。
このような制御によって、電源回路としては図5により
説明したのと同様の動作が得られることになる。 な
お、このような他励式の構成を採る場合には、直交型制
御トランスPRTは省略される。
In the above embodiment, a self-excited type voltage resonance type converter is provided on the primary side. However, the present invention uses, for example, an IC (integrated circuit) instead of the self-excited oscillation drive circuit. Oscillation and drive circuits are provided.
It is also possible to adopt a configuration in which the switching element of the voltage resonance type converter is driven by the drive circuit.
In this case, as the constant voltage control, the drive signal waveform generated by the oscillation / drive circuit is variably controlled according to the secondary output voltage level. As the control, FIG.
In response to the operation shown in (f), the drive signal is set such that the period TOFF during which the switching element is turned off is constant and the period TON during which the switching element is turned on is shortened in accordance with an increase in the secondary-side output voltage level. What is necessary is just to generate a waveform.
By such control, the same operation as that described with reference to FIG. 5 is obtained as the power supply circuit. When such a separately excited configuration is employed, the orthogonal control transformer PRT is omitted.

【0054】また、上記のようにして他励式の構成を採
る場合には、1石のバイポーラトランジスタ(BJT)
とされていたスイッチング素子Q1に代えて、例えば2
石のバイポーラトランジスタ(BJT)をダーリントン
接続したダーリントン回路を採用することが可能であ
る。更には、1石のバイポーラトランジスタ(BJT)
としてのスイッチング素子Q1に代えて、MOS−FE
T(MOS型電界効果トランジスタ;金属酸化膜半導
体)、又はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジス
タ)、又はSIT(静電誘導サイリスタ)を使用するこ
とが可能であり、これらダーリントン回路又は上記各素
子の何れかをスイッチング素子として使用した場合に
は、更なる高効率化を図ることが可能になる。これらの
素子をスイッチング素子として使用する場合、ここでは
図示しないが、実際にスイッチング素子Q1に代えて採
られるべき素子の特質に適合するようにして、その駆動
回路の構成が変更されるものであり、MOS−FETを
スイッチング素子として使用するのであれば、他励式に
より電圧駆動する構成を採ればよいものである。
In the case of adopting the separately excited configuration as described above, a single bipolar transistor (BJT)
Instead of the switching element Q1
It is possible to employ a Darlington circuit in which a stone bipolar transistor (BJT) is connected in Darlington. Furthermore, one bipolar transistor (BJT)
MOS-FE instead of the switching element Q1
It is possible to use T (MOS field effect transistor; metal oxide semiconductor), IGBT (insulated gate bipolar transistor), or SIT (static induction thyristor), and these Darlington circuits or any of the above elements When is used as a switching element, it is possible to further increase the efficiency. When these elements are used as switching elements, although not shown here, the configuration of the drive circuit is changed so as to conform to the characteristics of the elements to be actually used instead of the switching element Q1. If a MOS-FET is used as a switching element, a configuration in which voltage driving is performed by a separately-excited system may be employed.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、例えば負
荷電力が50W程度以内の比較的軽負荷に対応するスイ
ッチング電源回路として、一次側に電圧共振形スイッチ
ングコンバータを備えたうえで、絶縁コンバータトラン
ス一次巻線と二次巻線の相互インダクタンスが加極性動
作モード(+M;フォワード方式)となるようにしてい
る。そして、二次側においては半波整流回路を備えるこ
とで、加極性動作モードによる半波整流動作によって、
二次巻線に得られる交番電圧(励起電圧)二次側直流出
力電圧を得るようにされる。
As described above, according to the present invention, as a switching power supply circuit corresponding to a relatively light load having a load power of about 50 W or less, a voltage resonance type switching converter is provided on the primary side and an insulation converter is provided. The mutual inductance of the primary winding and the secondary winding of the transformer is set to the polarity operation mode (+ M; forward system). And, by providing a half-wave rectifier circuit on the secondary side, by the half-wave rectification operation in the polarity operation mode,
An alternating voltage (excitation voltage) secondary-side DC output voltage obtained in the secondary winding is obtained.

【0056】また、二次側出力電圧を安定化する定電圧
制御のための構成として、二次側出力電圧レベルに応じ
て一次側のスイッチング周波数を変化させることで、電
源回路内の共振インピーダンスと上記スイッチング素子
の導通角を複合的に制御するようにしている。
Also, as a configuration for constant voltage control for stabilizing the secondary output voltage, the primary side switching frequency is changed according to the secondary output voltage level, so that the resonance impedance in the power supply circuit is reduced. The conduction angle of the switching element is controlled in a complex manner.

【0057】以上の構成から次のようなことが言える。
本発明のスイッチングコンバータが電圧共振形とされる
ことで、RCC方式のスイッチング電源よりも低ノイズ
なスイッチング動作が実現される。これにより、RCC
方式のスイッチング電源のように、リセット回路やスナ
バ回路を設けてスパイク電圧を抑制する必要はなくな
る。従って、本発明とRCC方式のスイッチング電源と
を比較した場合には、大幅な電力変換効率の向上が図ら
れる。また、特性上、電力変換効率が比較的高いとされ
る電流共振形コンバータと比較しても、最大負荷電力時
における電力変換効率が大幅に向上している。
The following can be said from the above configuration.
Since the switching converter of the present invention is of the voltage resonance type, a switching operation with lower noise than that of the RCC type switching power supply is realized. This allows RCC
There is no need to provide a reset circuit or a snubber circuit to suppress the spike voltage as in the switching power supply of the system. Therefore, when the present invention is compared with the RCC switching power supply, the power conversion efficiency is greatly improved. Further, the power conversion efficiency at the time of maximum load power is significantly improved as compared with a current resonance type converter whose power conversion efficiency is relatively high in terms of characteristics.

【0058】また、回路規模の点でも、例えば2石のス
イッチング素子をハーフブリッジ結合して形成される電
流共振形コンバータと比較すれば、本発明の電源回路は
電圧共振形コンバータとされていることで1石のスイッ
チング素子によってほぼ同等の負荷電力を得るように構
成することが可能になるため、それだけ部品点数が削減
されて回路の小型軽量化及び低コスト化を促進すること
が可能になる。
Also in terms of circuit scale, the power supply circuit of the present invention is a voltage resonance type converter when compared with a current resonance type converter formed by half-bridge coupling of two switching elements, for example. Thus, since it is possible to obtain a configuration in which almost the same load power is obtained by one switching element, the number of components can be reduced accordingly, and it is possible to promote reduction in size and weight and cost of the circuit.

【0059】また、スイッチング周波数を変化させるこ
とで、スイッチング出力に対する共振インピーダンスと
上記スイッチング素子の導通角を複合的に制御し、この
作用によって定電圧制御を行うように構成したことで、
結果的に制御感度は向上して制御可能範囲が拡大するた
め、従来よりも狭いスイッチング周波数の制御範囲で二
次側出力電圧の安定化を実現することが可能になる。こ
のようなスイッチング周波数の制御範囲の縮小は、電源
回路を形成するトランスに巻装される巻線数の削減や、
各種部品素子の小型にも寄与する。そして、本発明の定
電圧制御回路の構成として、スイッチング素子を駆動す
るための回路系が自励式である場合には、制御巻線、駆
動巻線、検出巻線を巻装した直交型制御トランスが備え
られるが、この駆動巻線、検出巻線について制御巻線と
同一の線材によって巻装するようにすれば、それだけ製
造も容易となり、製造能率の向上が図られるものであ
る。
Also, by changing the switching frequency, the resonance impedance with respect to the switching output and the conduction angle of the switching element are controlled in a complex manner, and the constant voltage control is performed by this operation.
As a result, the control sensitivity is improved and the controllable range is expanded, so that it is possible to stabilize the secondary-side output voltage in a control range with a narrower switching frequency than in the related art. Such a reduction in the control range of the switching frequency can be achieved by reducing the number of windings wound around a transformer forming a power supply circuit,
It also contributes to the miniaturization of various component elements. As a configuration of the constant voltage control circuit of the present invention, when the circuit system for driving the switching element is a self-excited type, a quadrature control transformer having a control winding, a drive winding, and a detection winding wound thereon. However, if the drive winding and the detection winding are wound by the same wire as the control winding, the manufacturing becomes easier and the manufacturing efficiency is improved.

【0060】また、二次巻線に二次側並列共振コンデン
サを並列に接続して並列共振回路を形成することで、二
次側の半波整流回路ではこの並列共振回路の共振出力と
なる交番電圧を入力して二次側直流出力電圧を得ること
になるため、負荷電力が増加する。つまり、二次側並列
共振コンデンサを挿入するだけで、所要以上の負荷電力
に対応することが可能になる。逆に、例えばスタンバイ
電源等の用途に対応して所要以下の負荷電力に対応すれ
ばよいとされる条件では上記二次側並列共振コンデンサ
を省略すればよく、本発明では二次側並列共振コンデン
サの挿入の有無によって、負荷電力条件に対応した調整
を行うことが可能となる。
Further, by connecting a secondary side parallel resonance capacitor to the secondary winding in parallel to form a parallel resonance circuit, the secondary side half-wave rectifier circuit becomes an alternating output which becomes the resonance output of this parallel resonance circuit. Since the secondary DC output voltage is obtained by inputting the voltage, the load power increases. That is, it is possible to cope with a load power more than required only by inserting the secondary-side parallel resonance capacitor. Conversely, the secondary side parallel resonance capacitor may be omitted under the condition that it is sufficient to correspond to a required load power or less, for example, corresponding to an application such as a standby power supply. In the present invention, the secondary side parallel resonance capacitor is used. Can be adjusted according to the load power condition depending on the presence or absence of the insertion.

【0061】更には、二次側に並列共振回路が備えられ
て負荷短絡時においても、二次側に並列共振電圧が得ら
れるようにされることで、本発明としては、負荷短絡時
においてもスイッチング周波数が低下しない安定したス
イッチング動作が得られ、スイッチング素子における電
力損失の増加も抑制される。つまり、負荷短絡時の保護
機能を備える。従って本発明の電源回路では、ICリン
クヒューズなどを二次側出力に対して挿入する必要はな
くなり、これによっても、電力変換効率の向上と回路の
小型軽量化も促進されるものである。
Further, a parallel resonance circuit is provided on the secondary side so that a parallel resonance voltage can be obtained on the secondary side even when the load is short-circuited. A stable switching operation in which the switching frequency does not decrease is obtained, and an increase in power loss in the switching element is suppressed. That is, a protection function at the time of load short circuit is provided. Therefore, in the power supply circuit of the present invention, it is not necessary to insert an IC link fuse or the like into the secondary side output. This also promotes improvement in power conversion efficiency and reduction in size and weight of the circuit.

【0062】また、スイッチング素子としては、バイポ
ーラトランジスタを備えて形成されるダーリントン回
路、又はMOS型電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタ、又は静電誘導サイリスタにより
構成することが可能であり、この場合には、例えば1石
のバイポーラトランジスタにより上記スイッチング手段
を形成する場合よりも、更に電力変換効率を向上させる
ことが可能となる。
The switching element can be constituted by a Darlington circuit formed with a bipolar transistor, or a MOS field effect transistor, an insulated gate bipolar transistor, or an electrostatic induction thyristor. For example, the power conversion efficiency can be further improved as compared with the case where the switching means is formed by a single bipolar transistor.

【0063】このように本発明では、一次側に電圧共振
形コンバータを備えて比較的軽負荷に対応する電源回路
について、低コスト化、小型軽量化、及び電力変換効率
等の特性の向上が促進されるものである。
As described above, according to the present invention, the power supply circuit having the voltage resonance type converter on the primary side and corresponding to a relatively light load can promote the improvement of characteristics such as low cost, small size and light weight, and power conversion efficiency. Is what is done.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態としての電源回路の
構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す電源回路に備えられる直交型制御ト
ランスの構造を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a structure of an orthogonal control transformer provided in the power supply circuit shown in FIG.

【図3】図1に示す電源回路に備えられる絶縁コンバー
タトランスの構造を示す斜視図である。
3 is a perspective view showing a structure of an insulating converter transformer provided in the power supply circuit shown in FIG.

【図4】相互インダクタンスが+M/−Mの場合の各動
作を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing each operation when the mutual inductance is + M / −M.

【図5】図1に示す電源回路における要部の動作を示す
波形図である。
FIG. 5 is a waveform chart showing an operation of a main part in the power supply circuit shown in FIG.

【図6】図1に示す電源回路におけるスイッチング周波
数と二次側直流出力電圧との関係を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a switching frequency and a secondary-side DC output voltage in the power supply circuit illustrated in FIG. 1;

【図7】従来例としての電源回路の構成を示す回路図で
ある。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a conventional example.

【図8】図8に示す電源回路における要部の動作を示す
波形図である。
8 is a waveform chart showing an operation of a main part in the power supply circuit shown in FIG.

【図9】従来例としての電源回路の構成を示す回路図で
ある。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a conventional example.

【図10】図9に示す電源回路における要部の動作を示
す波形図である。
FIG. 10 is a waveform chart showing an operation of a main part in the power supply circuit shown in FIG. 9;

【符号の説明】 1 制御回路、Ci,CO1,CO2 平滑コンデンサ、C
r 並列共振コンデンサ、C2 二次側並列共振コンデ
ンサ、Di ブリッジ整流回路、DO1,DO2整流ダイオ
ード、PIT 絶縁コンバータトランス、PRT 直交
型制御トランス、NC 制御巻線、ND 検出巻線、NB
駆動巻線、Q1 スイッチング素子
[Explanation of Signs] 1 Control circuit, Ci, CO1, CO2 smoothing capacitor, C
r Parallel resonant capacitor, C2 secondary parallel resonant capacitor, Di bridge rectifier circuit, DO1, DO2 rectifier diode, PIT isolation converter transformer, PRT orthogonal control transformer, NC control winding, ND detection winding, NB
Drive winding, Q1 switching element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5G065 AA00 AA08 DA06 DA07 EA06 GA06 GA07 HA04 HA12 JA01 LA01 MA01 MA03 MA10 NA01 NA03 NA04 NA05 NA08 NA09 5H730 AA14 BB26 BB43 BB57 BB72 BB76 BB77 BB94 CC01 DD02 DD03 DD04 DD08 DD23 EE02 EE65 EE72 FD01 FD24 FG03 FG07 VV03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) EE72 FD01 FD24 FG03 FG07 VV03

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 商用交流電源を入力して、この商用交流
電源レベルの等倍に対応するレベルの整流平滑電圧を生
成して直流入力電圧として出力する整流平滑手段と、 コアにギャップを施さないことで所要の結合係数が得ら
れるようにされたうえで、上記コアに対して巻装される
一次巻線と二次巻線の極性が加極性動作モードとされて
いる絶縁コンバータトランスと、 上記直流入力電圧をスイッチング素子により断続して上
記絶縁コンバータトランスの一次巻線に出力するように
されたスイッチング手段と、 少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線を
含む漏洩インダクタンス成分と並列共振コンデンサのキ
ャパシタンスとによって形成されて、上記スイッチング
手段の動作を電圧共振形とする一次側並列共振回路と、 上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に得られる交番
電圧を入力して半波整流動作を行って、入力電圧レベル
のほぼ等倍に対応する二次側直流出力電圧を生成可能に
構成された直流出力電圧生成手段と、 上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて、上記スイッ
チング素子のスイッチング周波数を可変することで、上
記一次側並列共振回路の共振インピーダンスと上記スイ
ッチング素子の導通角を複合的に制御するようにして、
二次側出力電圧に対する定電圧制御を行うように構成さ
れた定電圧制御手段と、を備えていることを特徴とする
スイッチング電源回路。
1. A rectifying / smoothing means for receiving a commercial AC power supply, generating a rectified smoothed voltage having a level corresponding to the same level as the commercial AC power supply level, and outputting the rectified smoothed voltage as a DC input voltage; Insulating converter transformer in which the required coupling coefficient is obtained so that the polarity of the primary winding and the secondary winding wound on the core is in the polarity operation mode, Switching means for intermittently outputting a DC input voltage by a switching element to output to a primary winding of the insulating converter transformer; at least a leakage inductance component including a primary winding of the insulating converter transformer and a capacitance of a parallel resonant capacitor A primary-side parallel resonance circuit that makes the operation of the switching means a voltage resonance type; DC output voltage configured to be able to generate a secondary side DC output voltage corresponding to almost equal to the input voltage level by performing the half-wave rectification operation by inputting the alternating voltage obtained to the secondary winding of the transformer. Generating means for controlling the resonance impedance of the primary-side parallel resonance circuit and the conduction angle of the switching element in a complex manner by varying the switching frequency of the switching element according to the level of the secondary DC output voltage So that
A constant-voltage control unit configured to perform constant-voltage control on the secondary-side output voltage.
【請求項2】 所要以上の負荷電力条件に対応する場合
に、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に対して二
次側並列共振コンデンサを並列に接続することで、上記
絶縁コンバータトランスの二次巻線の漏洩インダクタン
ス成分と、上記二次側並列共振コンデンサのキャパシタ
ンスとによって二次側並列共振回路を形成し、所要以下
の負荷電力条件に対応する場合には、上記二次側並列共
振コンデンサを省略することを特徴とする請求項1に記
載のスイッチング電源回路。
2. A secondary-side parallel resonance capacitor is connected in parallel to a secondary winding of the insulated converter transformer when the load power condition exceeds a required level. A secondary-side parallel resonance circuit is formed by the leakage inductance component of the winding and the capacitance of the secondary-side parallel resonance capacitor. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching power supply circuit is omitted.
【請求項3】 上記スイッチング手段は、少なくとも駆
動巻線及び共振用コンデンサの直列接続により形成され
る直列共振回路を含んで形成され、この直列共振回路の
共振出力に基づいて上記スイッチング素子を自励式によ
り駆動する自励発振駆動回路が備えられ、 上記定電圧制御手段は、 上記絶縁コンバータトランスの一次巻線に対して直列に
接続される上記検出巻線と上記駆動巻線と、これら検出
巻線及び駆動巻線とその巻回方向が直交する制御巻線と
が巻装される可飽和リアクトルとしての直交型制御トラ
ンスを備え、上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて
可変の制御電流を上記制御巻線に流して上記駆動巻線の
インダクタンスを変化させることで、スイッチング周波
数を可変制御可能に構成されていることを特徴とする請
求項1に記載のスイッチング電源回路。
3. The switching means is formed to include at least a series resonance circuit formed by connecting a drive winding and a resonance capacitor in series, and the switching element is self-excited based on a resonance output of the series resonance circuit. The constant voltage control means includes: the detection winding and the drive winding connected in series to a primary winding of the insulating converter transformer; and the detection winding. And a quadrature control transformer as a saturable reactor around which a drive winding and a control winding whose winding direction is orthogonal are provided, and a variable control current is provided in accordance with the level of the secondary DC output voltage. 2. The switching frequency can be variably controlled by flowing through the control winding to change the inductance of the drive winding. Switching power supply circuit according.
【請求項4】 上記検出巻線及び上記駆動巻線は、上記
制御巻線に用いられる線材と同一の線材が使用されるこ
とを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源回
路。
4. The switching power supply circuit according to claim 3, wherein the detection winding and the drive winding use the same wire as that used for the control winding.
【請求項5】 上記スイッチング手段は、他励式により
上記スイッチング素子を駆動する他励駆動回路が備えら
れ、 上記定電圧制御手段は、上記二次側直流出力電圧のレベ
ルに応じて、上記スイッチング素子のオフ期間は一定と
したうえでオン期間を可変制御することでスイッチング
周波数を可変制御可能に構成されていることを特徴とす
る請求項1に記載のスイッチング電源回路。
5. The switching means includes a separately-excited drive circuit for driving the switching element in a separately-excited manner, and the constant-voltage control means includes a switch for controlling the switching element in accordance with a level of the secondary-side DC output voltage. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching frequency is variably controllable by variably controlling the ON period while keeping the OFF period constant.
【請求項6】 上記スイッチング手段は、バイポーラト
ランジスタを備えて形成されるダーリントン回路を1つ
のスイッチング素子として用いるように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回
路。
6. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein said switching means is configured to use a Darlington circuit formed with a bipolar transistor as one switching element.
【請求項7】 上記スイッチング手段は、スイッチング
素子としてMOS型電界効果トランジスタを備えて形成
されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング
電源回路。
7. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein said switching means includes a MOS field effect transistor as a switching element.
【請求項8】 上記スイッチング手段は、スイッチング
素子として絶縁ゲートバイポーラトランジスタを備えて
形成されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ
ング電源回路。
8. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein said switching means includes an insulated gate bipolar transistor as a switching element.
【請求項9】 上記スイッチング手段は、スイッチング
素子として静電誘導サイリスタを備えて形成されること
を特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
9. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein said switching means is formed with an electrostatic induction thyristor as a switching element.
JP10319387A 1998-11-10 1998-11-10 Switching power supply circuit Withdrawn JP2000152620A (en)

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