JP2006271027A - Switching power circuit - Google Patents

Switching power circuit Download PDF

Info

Publication number
JP2006271027A
JP2006271027A JP2005081944A JP2005081944A JP2006271027A JP 2006271027 A JP2006271027 A JP 2006271027A JP 2005081944 A JP2005081944 A JP 2005081944A JP 2005081944 A JP2005081944 A JP 2005081944A JP 2006271027 A JP2006271027 A JP 2006271027A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching
voltage
secondary side
circuit
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005081944A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Yasumura
昌之 安村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2005081944A priority Critical patent/JP2006271027A/en
Publication of JP2006271027A publication Critical patent/JP2006271027A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain high efficiency by realizing coping with a wide range of a voltage resonance type converter. <P>SOLUTION: A voltage resonance type converter is provided with a secondary parallel circuit, whereby it is put in a loose coupling of approximately 0.6 in the total coupling coefficient k of an insulated converter transformer PIT. Hereby, a constant-voltage control characteristic is made a sharp unimodal characteristic, thereby reducing the control range of the switching frequency required for stabilization. Moreover, it is so arranged that favorable characteristics can be obtained as to power conversion efficiency, and primary parallel resonance frequency fo1 and secondary parallel resonance frequency fo2 are set. The peak level of switching voltage is suppressed by the drop in the total coupling coefficient kt. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電圧共振形コンバータを備えて成るスイッチング電源回路に関するものである。   The present invention relates to a switching power supply circuit including a voltage resonance type converter.

共振形によるいわゆるソフトスイッチング電源としては、電流共振形と電圧共振形の形式が広く知られている。現状においては、実用化が容易なことを背景に、2石のスイッチング素子をハーフブリッジ結合方式の電流共振形コンバータが広く採用されている状況にある。
しかし、現在、例えば高耐圧スイッチング素子の特性が改善されてきていることなどを背景に、電圧共振形コンバータを実用化するにあたっての耐圧の問題はクリアされてきている状況にある。また、1石のスイッチング素子によるシングルエンド方式で構成した電圧共振形コンバータについては、1石の電流共振形フォワードコンバータと比較して、入力帰還ノイズや直流出力電圧ラインのノイズ成分などの点で有利であることも知られている。
As a so-called soft switching power supply of a resonance type, a current resonance type and a voltage resonance type are widely known. In the present situation, a current resonance type converter using a two-bridge switching element and a half-bridge coupling system is widely used on the background of practical application.
However, with the background of, for example, the improvement of the characteristics of high voltage switching elements, for example, the problem of withstand voltage in the practical use of voltage resonant converters has been cleared. In addition, a single-ended voltage resonant converter with a single switching element is advantageous in terms of input feedback noise and DC output voltage line noise components compared to a single-current resonant forward converter. It is also known that.

図13は、シングルエンド方式による電圧共振形コンバータを備えるスイッチング電源回路の一構成例を示している。
この図に示すスイッチング電源回路においては、商用交流電源ACをブリッジ整流回路Di及び平滑コンデンサCiから成る整流平滑回路により整流平滑化して、平滑コンデンサCiの両端電圧として、整流平滑電圧Eiを生成している。
なお、商用交流電源ACのラインに対しては、1組のコモンモードチョークコイルCMCと、2本のアクロスコンデンサCLから成り、コモンモードのノイズを除去するノイズフィルタが設けられている。
FIG. 13 shows a configuration example of a switching power supply circuit including a voltage resonance type converter by a single end system.
In the switching power supply circuit shown in this figure, the commercial AC power supply AC is rectified and smoothed by a rectifying and smoothing circuit including a bridge rectifying circuit Di and a smoothing capacitor Ci, and a rectified and smoothed voltage Ei is generated as a voltage across the smoothing capacitor Ci. Yes.
Note that the line of the commercial AC power supply AC is provided with a noise filter that includes a pair of common mode choke coils CMC and two across capacitors CL and removes common mode noise.

上記整流平滑電圧Eiは、直流入力電圧として電圧共振形コンバータに対して入力される。この電圧共振形コンバータは、上記しているように、1石のスイッチング素子Q1を備えたシングルエンド方式による構成を採る。また、この場合の電圧共振形コンバータとしては他励式となっており、MOS−FETのスイッチング素子Q1を、発振・ドライブ回路2によりスイッチング駆動するようにされている。   The rectified and smoothed voltage Ei is input to the voltage resonant converter as a DC input voltage. As described above, this voltage resonance type converter adopts a single-end configuration including one switching element Q1. In this case, the voltage resonance type converter is a separately excited type, and the switching element Q1 of the MOS-FET is switched by the oscillation / drive circuit 2.

スイッチング素子Q1に対しては、MOS−FETのボディダイオードDDが並列に接続される。また、スイッチング素子Q1のソース−ドレイン間に対して一次側並列共振コンデンサCrが並列に接続される。   A MOS-FET body diode DD is connected in parallel to the switching element Q1. A primary side parallel resonant capacitor Cr is connected in parallel with the source and drain of the switching element Q1.

一次側並列共振コンデンサCrは、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1とによって一次側並列共振回路(電圧共振回路)を形成している。そして、この一次側並列共振回路によって、スイッチング素子Q1のスイッチング動作として電圧共振形の動作が得られるようにされている。   The primary side parallel resonant capacitor Cr forms a primary side parallel resonant circuit (voltage resonant circuit) with the leakage inductance L1 of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT. The primary side parallel resonance circuit can obtain a voltage resonance type operation as the switching operation of the switching element Q1.

発振・ドライブ回路2は、スイッチング素子Q1をスイッチング駆動するために、スイッチング素子Q1のゲートに対して、ドライブ信号としてのゲート電圧を印加する。これにより、スイッチング素子Q1は、ドライブ信号の周期に応じたスイッチング周波数によりスイッチング動作を行う。   The oscillation / drive circuit 2 applies a gate voltage as a drive signal to the gate of the switching element Q1 in order to drive the switching element Q1. Thereby, the switching element Q1 performs a switching operation at a switching frequency corresponding to the cycle of the drive signal.

絶縁コンバータトランスPITは、スイッチング素子Q1 のスイッチング出力を二次側に伝送する。
絶縁コンバータトランスPITの構造としては、例えば、次の図14に示されるように、フェライト材によるE型コアCR11、E型コアCR12を組み合わせたEE型コアを備える。そして、一次側と二次側の巻装部について相互に独立するようにして分割した形状により、例えば樹脂などによって形成される、ボビンB10が備えられる。このボビンB10の一方の巻装部に対して一次巻線N1を巻装する。また、他方の巻装部に対して二次巻線N2を巻装する。このようにして一次側巻線及び二次側巻線が巻装されたボビンB10を上記EE型コア(CR11,CR12)に取り付けることで、一次側巻線及び二次側巻線とがそれぞれ異なる巻装領域により、EE型コアの中央磁脚に巻装される状態となる。このようにして絶縁コンバータトランスPIT全体としての構造が得られる。
The insulating converter transformer PIT transmits the switching output of the switching element Q1 to the secondary side.
As the structure of the insulating converter transformer PIT, for example, as shown in FIG. 14, an EE type core in which an E type core CR11 and an E type core CR12 made of a ferrite material are combined is provided. And the bobbin B10 formed with resin etc. by the shape divided | segmented so that it might mutually become independent about the winding part of a primary side and a secondary side is provided. The primary winding N1 is wound around one winding portion of the bobbin B10. Further, the secondary winding N2 is wound around the other winding portion. By attaching the bobbin B10 on which the primary side winding and the secondary side winding are wound in this way to the EE type core (CR11, CR12), the primary side winding and the secondary side winding are different from each other. By the winding region, the EE type core is wound around the central magnetic leg. In this way, the structure of the insulating converter transformer PIT as a whole is obtained.

そのうえで、絶縁コンバータトランスPITのEE型コアの中央磁脚に対しては1.0mm程度のギャップを形成するようにしており、これによって、一次側と二次側との間で、k=0.80〜0.85程度の結合係数kを得るようにしている。この程度の結合係数kは疎結合としてみてよい結合度であり、その分、飽和状態が得られにくくなる。   In addition, a gap of about 1.0 mm is formed with respect to the central magnetic leg of the EE type core of the insulating converter transformer PIT, whereby k = 0.80 between the primary side and the secondary side. A coupling coefficient k of about ˜0.85 is obtained. This degree of coupling coefficient k is a degree of coupling that can be regarded as loose coupling, and accordingly, a saturated state is hardly obtained.

図13において、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の一端は、スイッチング素子Q1と平滑コンデンサCiの正極端子間に挿入されるようになっていることで、スイッチング素子Q1のスイッチング出力が伝達されるようになっている。絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2には、一次巻線N1により誘起された交番電圧が発生する。   In FIG. 13, one end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is inserted between the positive terminal of the switching element Q1 and the smoothing capacitor Ci, so that the switching output of the switching element Q1 is transmitted. It is like that. An alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT.

この場合には、二次巻線N2に対して二次側並列共振コンデンサC2を並列に接続している。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二次側並列共振回路(電圧共振回路)が形成される。
そのうえで、この二次側並列共振回路に対して、図示するようにして整流ダイオードDo1、及び平滑コンデンサCoを接続することで、半波整流回路を形成している。この半波整流回路は、二次巻線N2(二次側並列共振回路)に得られる交番電圧V2の等倍に対応するレベルの二次側直流出力電圧Eoを、平滑コンデンサCoの両端電圧として生成する。二次側直流出力電圧Eoは負荷に供給されると共に、定電圧制御用の検出電圧として、制御回路1に入力される。
In this case, a secondary side parallel resonant capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2. As a result, a secondary side parallel resonance circuit (voltage 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.
In addition, a half-wave rectifier circuit is formed by connecting a rectifier diode Do1 and a smoothing capacitor Co to the secondary side parallel resonant circuit as shown in the figure. This half-wave rectifier circuit uses, as a voltage across the smoothing capacitor Co, the secondary side DC output voltage Eo at a level corresponding to the same voltage as the alternating voltage V2 obtained in the secondary winding N2 (secondary side parallel resonant circuit). Generate. The secondary side DC output voltage Eo is supplied to the load and is input to the control circuit 1 as a detection voltage for constant voltage control.

制御回路1は、検出電圧として入力される二次側直流出力電圧Eoのレベルを検出して得られる検出出力を発振・ドライブ制御回路2に入力する。
発振・ドライブ回路2は、入力される検出出力が示す二次側直流出力電圧Eoのレベルに応じて、二次側直流出力電圧Eoが所定のレベルで一定となるようにして、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を制御する。つまり、制御すべきスイッチング動作を得るためのドライブ信号を生成して出力する。これにより、二次側直流出力電圧Eoの安定化制御が行われる。
The control circuit 1 inputs a detection output obtained by detecting the level of the secondary side DC output voltage Eo input as a detection voltage to the oscillation / drive control circuit 2.
The oscillation / drive circuit 2 adjusts the switching element Q1 so that the secondary side DC output voltage Eo becomes constant at a predetermined level in accordance with the level of the secondary side DC output voltage Eo indicated by the input detection output. Controls the switching operation. That is, a drive signal for obtaining a switching operation to be controlled is generated and output. Thereby, stabilization control of the secondary side DC output voltage Eo is performed.

図15及び図16は、上記図13に示した構成の電源回路についての実験結果を示している。なお、実験にあたっては、AC100V系に対応するVAC=100Vの条件として、図13の電源回路の要部について下記のようにして設定している。
絶縁コンバータトランスPITは、コアにEER-35を選定し、中央磁脚のギャップについては、1mmのギャップ長を設定する。また、一次巻線N1及び二次巻線N2のターン数T(巻数)については、それぞれN1=43T、N2=43Tとした。絶縁コンバータトランスPITの結合係数kについてはk=0.81を設定した。
また、一次側並列共振コンデンサCr=6800pF、二次側並列共振コンデンサC2=0.01μFを選定した。これに応じて、一次側並列共振回路の共振周波数fo1=175kHz、二次側並列共振回路の共振周波数fo2=164kHzが設定される。
また、二次側直流出力電圧Eoの定格レベルは135Vであり、対応負荷電力は、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wである。
15 and 16 show the experimental results for the power supply circuit having the configuration shown in FIG. In the experiment, as a condition of VAC = 100 V corresponding to the AC 100 V system, the main part of the power supply circuit in FIG. 13 is set as follows.
For the isolated converter transformer PIT, EER-35 is selected for the core, and the gap length of the central magnetic leg is set to 1 mm. The number of turns T (number of turns) of the primary winding N1 and the secondary winding N2 was set to N1 = 43T and N2 = 43T, respectively. For the coupling coefficient k of the insulating converter transformer PIT, k = 0.81 was set.
Further, a primary side parallel resonant capacitor Cr = 6800 pF and a secondary side parallel resonant capacitor C2 = 0.01 μF were selected. Accordingly, the resonance frequency fo1 = 175 kHz of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency fo2 = 164 kHz of the secondary side parallel resonance circuit are set.
The rated level of the secondary side DC output voltage Eo is 135V, and the corresponding load power is the maximum load power Pomax = 200 W to the minimum load power Pomin = 0 W.

先ず、図15は、図13に示した電源回路における要部の動作をスイッチング素子Q1のスイッチング周期により示す波形図であり、図15(a)には、最大負荷電力Pomax=200W時におけるスイッチング電圧V1、スイッチング電流IQ1、一次巻線電流I1、二次巻線電圧V2、二次巻線電流I2、二次側整流電流ID1が示されている。図15(b)には、最小負荷電力Pomin=0W時におけるスイッチング電圧V1、スイッチング電流IQ1、一次巻線電流I1、二次巻線電圧V2、二次巻線電流I2、二次側整流電流ID1が示されている。
スイッチング電圧V1は、スイッチング素子Q1の両端に得られる電圧であり、スイッチング素子Q1がオンとなる期間TONにおいて0レベルで、オフとなる期間TOFFにおいて正弦波状の共振パルスとなる波形である。この電圧V1の共振パルス波形が、一次側スイッチングコンバータの動作が電圧共振形であることを示している。
First, FIG. 15 is a waveform diagram showing the operation of the main part of the power supply circuit shown in FIG. 13 by the switching period of the switching element Q1, and FIG. 15A shows the switching voltage at the maximum load power Pomax = 200 W. V1, switching current IQ1, primary winding current I1, secondary winding voltage V2, secondary winding current I2, and secondary side rectified current ID1 are shown. FIG. 15B shows the switching voltage V1, switching current IQ1, primary winding current I1, secondary winding voltage V2, secondary winding current I2, and secondary side rectified current ID1 when the minimum load power Pomin = 0 W. It is shown.
The switching voltage V1 is a voltage obtained at both ends of the switching element Q1, and has a waveform that is a zero level in the period TON in which the switching element Q1 is turned on and becomes a sinusoidal resonance pulse in the period TOFF in which the switching element Q1 is turned off. The resonance pulse waveform of the voltage V1 indicates that the operation of the primary side switching converter is a voltage resonance type.

スイッチング電流IQ1は、スイッチング素子Q1(及びボディダイオードDD)に流れる電流であり、期間TOFFにおいては0レベルで、期間TONにおいては、ターンオン時においてボディダイオードDDに対して順方向に流れることで負極性となり、この後に反転してスイッチング素子Q1のドレイン−ソース間を流れてターンオフに至るまで増加していく波形として得られる。このために、スイッチング電流IQ1としては、ターンオフタイミングにピークレベルが得られることになる。
一次巻線N1に流れる一次巻線電流I1は、期間TONにおいて上記スイッチング電流IQ1として流れる電流成分と、期間TOFFにおいて一次側並列共振コンデンサCrに流れる電流とを合成して得られるもので、図示する波形となる。
The switching current IQ1 is a current that flows through the switching element Q1 (and the body diode DD). The switching current IQ1 is zero level during the period TOFF, and has a negative polarity by flowing in the forward direction with respect to the body diode DD during the turn-on. Then, it is inverted and then obtained as a waveform that flows between the drain and source of the switching element Q1 and increases until it is turned off. For this reason, a peak level is obtained at the turn-off timing as the switching current IQ1.
The primary winding current I1 flowing in the primary winding N1 is obtained by combining the current component flowing as the switching current IQ1 in the period TON and the current flowing in the primary side parallel resonant capacitor Cr in the period TOFF. It becomes a waveform.

また、二次側整流回路の動作として、整流ダイオードDo1に流れる整流電流ID1は、最大負荷電力Pomax=200W時では、整流ダイオードDo1のターンオン時にピークレベルが得られた後に図示する波形により0レベルに低減していき、整流ダイオードDo1のオフ期間において0レベルとなる波形により流れるものとなる。なお、最小負荷電力Pomin=0W時においては、オン期間であっても0レベルとなる。
二次巻線電圧V2は、この場合には、二次巻線N2//二次側並列共振コンデンサC2の並列回路に得られる電圧となるもので、二次側整流ダイオードDo1が導通しているオン期間に対応しては、二次側直流出力電圧Eoのレベルによりクランプされ、二次側整流ダイオードDo1のオフ期間では、負極性方向の正弦波形が得られる。また、二次巻線N2に流れる二次巻線電流I2は、整流電流ID1と、二次側並列共振回路(N2(L2)//C2)に流れる電流が合成したものとなり、例えば図示する波形により流れる。
Further, as the operation of the secondary side rectifier circuit, the rectified current ID1 flowing through the rectifier diode Do1 is set to 0 level by the waveform shown after the peak level is obtained when the rectifier diode Do1 is turned on at the maximum load power Pomax = 200 W. The voltage decreases and flows with a waveform that becomes 0 level during the off period of the rectifier diode Do1. Note that, when the minimum load power Pomin = 0 W, the level is 0 even during the on period.
In this case, the secondary winding voltage V2 is a voltage obtained in the parallel circuit of the secondary winding N2 // secondary parallel resonant capacitor C2, and the secondary rectifier diode Do1 is conductive. Corresponding to the ON period, it is clamped by the level of the secondary side DC output voltage Eo, and a sine waveform in the negative polarity direction is obtained in the OFF period of the secondary side rectifier diode Do1. Further, the secondary winding current I2 flowing through the secondary winding N2 is a combination of the rectified current ID1 and the current flowing through the secondary parallel resonant circuit (N2 (L2) // C2). It flows by.

図16は、図13に示した電源回路についての、負荷変動に対するスイッチング周波数fs、スイッチング素子Q1のオン期間TON、オフ期間TOFF、及びAC→DC電力変換効率(ηAC→DC)を示している。
先ず、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)を見てみると、負荷電力Po=75W〜200Wまでの範囲で90%以上となっている。電圧共振形コンバータとして、特にスイッチング素子Q1が1石であるシングルエンド方式は、電力変換効率について良好な結果が得られることが知られている。
FIG. 16 shows the switching frequency fs with respect to the load fluctuation, the ON period TON, the OFF period TOFF, and the AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) with respect to the load variation for the power supply circuit shown in FIG.
First, looking at AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC), it is 90% or more in the range of load power Po = 75 W to 200 W. As a voltage resonance type converter, it is known that a single-ended type in which the switching element Q1 is one stone can obtain a good result in terms of power conversion efficiency.

また、図16に示されるスイッチング周波数fs、オン期間TON、オフ期間TOFFによっては、図13の電源回路についての負荷変動に対する定電圧制御特性としてのスイッチング動作が示されることになる。この場合、スイッチング周波数fsは、軽負荷の傾向となるのに従って、スイッチング周波数が高くなるようにして制御されている。また、オン期間TON、オフ期間TOFFに関しては、負荷変動に対してオフ期間TOFFはほぼ一定であるのに対して、オン期間TONが、軽負荷の傾向となるのに従って短縮される特性となっている。つまり、図13に示す電源回路は、オフ期間TOFFは一定としたうえで、例えば軽負荷の傾向となるのに応じて、オン期間TONを短縮するようにしてスイッチング周波数を可変制御していることになる。
このようにして、スイッチング周波数が可変制御されることで、一次側並列共振回路及び二次側並列共振回路を備えることにより得られる誘導性インピーダンスが可変されることになる。この誘導性インピーダンスの可変によっては、一次側から二次側への伝送電力量、及び二次側並列共振回路から負荷への電力伝送量が変化することとなって、二次側直流出力電圧Eoのレベルが可変される。これにより、二次側直流出力電圧Eoの安定化が図られることになる。
Further, depending on the switching frequency fs, the ON period TON, and the OFF period TOFF shown in FIG. 16, the switching operation as the constant voltage control characteristic with respect to the load fluctuation in the power supply circuit of FIG. 13 is shown. In this case, the switching frequency fs is controlled such that the switching frequency becomes higher as the load tends to be lighter. Further, with respect to the ON period TON and the OFF period TOFF, the OFF period TOFF is almost constant with respect to the load variation, whereas the ON period TON is shortened as the light load tends to be reduced. Yes. In other words, the power supply circuit shown in FIG. 13 variably controls the switching frequency so as to shorten the on-period TON in accordance with, for example, a light load tendency while keeping the off-period TOFF constant. become.
Thus, the inductive impedance obtained by providing the primary side parallel resonant circuit and the secondary side parallel resonant circuit is varied by variably controlling the switching frequency. Depending on the variable inductive impedance, the amount of power transmitted from the primary side to the secondary side and the amount of power transmitted from the secondary side parallel resonant circuit to the load change, and the secondary side DC output voltage Eo The level of is variable. As a result, the secondary side DC output voltage Eo is stabilized.

図17は、図13に示す電源回路の定電圧制御特性を、スイッチング周波数fs(kHz)と二次側直流出力電圧Eoとの関係により、模式的に示している。
ここで、一次側並列共振回路の共振周波数をfo1、二次側並列共振回路の共振周波数のfo2とすると、図13の回路では、先に説明したように一次側並列共振周波数fo1に対して二次側並列共振周波数fo2が低い関係となる。
そのうえで、或る一定の交流入力電圧VACの条件でのスイッチング周波数fsに対する定電圧制御特性を想定すると、図示するようにして、一次側並列共振回路の共振周波数fo1に応じた共振インピーダンスの下での最大負荷電力Pomax時/最小負荷電力Pomin時の各定電圧制御特性としては、それぞれ特性曲線A,Bとして示され、二次側並列共振回路の共振周波数fo2に応じた共振インピーダンスの下での最大負荷電力Pomax時/最小負荷電力Pomin時の各定電圧制御特性としては、それぞれ特性曲線C,Dで示されるものとなる。
さらに、図13の回路のようにして一次側並列共振周波数と二次側並列共振回路とを備える場合、共振周波数fo1,fo2との間には中間共振周波数foが存在することになる。中間共振周波数foとスイッチング周波数fsとの関係による共振インピーダンス特性は、最大負荷電力Pomax時は特性曲線Eで示され、最小負荷電力Pomin時は、特性曲線Fとして示される。
二次側並列共振回路を備える電圧共振形コンバータでは、この中間共振周波数foのスイッチング周波数fsに対する共振インピーダンス特性によって、二次側直流出力電圧Eoのレベルが決定される。また、図13に示す電圧共振形コンバータとしては、この中心共振周波数foよりも低い周波数領域でスイッチング周波数fsを可変制御する、いわゆるローアーサイド制御の方式を採る。
そして、この図17において中間共振周波数foに対応する特性曲線E,Fとして示される特性の下で、ローアーサイド制御に対応したスイッチング周波数制御により、二次側直流出力電圧Eoの定格レベル(図13の回路の場合135V)を目標値として定電圧化を図ろうとすると、そのために必要なスイッチング周波数fsの可変範囲(必要制御範囲)は、Δfsで示される区間であることになる。換言すれば、このΔfsで示される区間に対応する周波数範囲で、負荷変動に応じてスイッチング周波数を所要値となるようにして可変することで、二次側直流出力電圧Eoは定格レベルtgとなるようにして制御される。
FIG. 17 schematically shows the constant voltage control characteristics of the power supply circuit shown in FIG. 13 by the relationship between the switching frequency fs (kHz) and the secondary side DC output voltage Eo.
Here, assuming that the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit is fo1, and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit is fo2, the circuit of FIG. The secondary parallel resonance frequency fo2 is low.
In addition, assuming constant voltage control characteristics with respect to the switching frequency fs under the condition of a certain AC input voltage VAC, as shown in the figure, the resonance impedance under the resonance impedance corresponding to the resonance frequency fo1 of the primary side parallel resonance circuit is shown. The constant voltage control characteristics at the time of maximum load power Pomax / minimum load power Pomin are shown as characteristic curves A and B, respectively, and are maximum under the resonance impedance corresponding to the resonance frequency fo2 of the secondary side parallel resonance circuit. The constant voltage control characteristics at the time of load power Pomax / minimum load power Pomin are shown by characteristic curves C and D, respectively.
Furthermore, when the primary side parallel resonance frequency and the secondary side parallel resonance circuit are provided as in the circuit of FIG. 13, an intermediate resonance frequency fo exists between the resonance frequencies fo1 and fo2. The resonance impedance characteristic based on the relationship between the intermediate resonance frequency fo and the switching frequency fs is indicated by the characteristic curve E at the maximum load power Pomax, and is indicated by the characteristic curve F at the minimum load power Pomin.
In the voltage resonance type converter including the secondary side parallel resonance circuit, the level of the secondary side DC output voltage Eo is determined by the resonance impedance characteristic with respect to the switching frequency fs of the intermediate resonance frequency fo. Further, the voltage resonance type converter shown in FIG. 13 adopts a so-called lower side control method in which the switching frequency fs is variably controlled in a frequency region lower than the center resonance frequency fo.
Then, under the characteristics shown as characteristic curves E and F corresponding to the intermediate resonance frequency fo in FIG. 17, the rated level of the secondary side DC output voltage Eo (FIG. 13) by switching frequency control corresponding to the lower side control. In the case of the above circuit, when trying to achieve a constant voltage with 135V) as a target value, the variable range (necessary control range) of the switching frequency fs necessary for this is the section indicated by Δfs. In other words, the secondary side DC output voltage Eo becomes the rated level tg by changing the switching frequency so as to be a required value according to the load fluctuation in the frequency range corresponding to the section indicated by Δfs. It is controlled in this way.

特開2000−152617号公報JP 2000-152617 A

ところで、各種電子機器の多様化を背景に、電源回路としては、AC100V系とAC200V系との何れの商用交流電源入力にも対応して動作する、いわゆるワイドレンジ対応とすることも求められている。   By the way, against the background of diversification of various electronic devices, the power supply circuit is also required to be compatible with a so-called wide range that operates in accordance with any commercial AC power input of AC100V system and AC200V system. .

図13に示す構成の電源回路は、先に説明したように、スイッチング周波数制御により二次側直流出力電圧Eoの安定化を図るように動作し、そのために必要とされるスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)は、図17にて説明したΔfsによって示される。
図13に示す電源回路は、200W〜0Wまでの比較的広範囲な負荷変動に対応するものとされている。そして、図13の電源回路について、この負荷条件に対応した実際の必要制御範囲は、fs=117.6kHz〜208.3kHzで、Δfs=96.7kHzとなり、比較的に広範囲なものとなっている。
As described above, the power supply circuit having the configuration shown in FIG. 13 operates so as to stabilize the secondary side DC output voltage Eo by switching frequency control, and the switching frequency variable range (for this purpose) Necessary control range) is indicated by Δfs described in FIG.
The power supply circuit shown in FIG. 13 is adapted to handle a relatively wide range of load fluctuations from 200 W to 0 W. In the power supply circuit of FIG. 13, the actual required control range corresponding to this load condition is fs = 117.6 kHz to 208.3 kHz, and Δfs = 96.7 kHz, which is a relatively wide range.

ここで、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、当然のことながら交流入力電圧VACのレベルが変化することによっても変動する。すなわち、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、交流入力電圧VACのレベル増減に応じて、同様に増減する。
このことから、AC100系からAC200V系までのワイドレンジでの交流入力電圧の変動に対応しては、例えばAC100系のみ、あるいはAC200V系のみの単レンジでの変動に対応する場合より、二次側直流出力電圧Eo1のレベル変動も大きくなるということがいえる。そして、このようにして拡大した二次側直流出力電圧Eo1のレベル変動に対応して定電圧制御動作を行うためには、上記した117.6kHz〜208.3kHzの範囲を、これより高い周波数の方向に拡大した、より広範囲な必要制御範囲が必要となる。
Here, as a matter of course, the level of the secondary side DC output voltage Eo also varies as the level of the AC input voltage VAC changes. That is, the level of the secondary side DC output voltage Eo similarly increases and decreases according to the level increase and decrease of the AC input voltage VAC.
Therefore, in response to fluctuations in the AC input voltage in the wide range from the AC100 system to the AC200V system, for example, in the case of dealing with fluctuations in a single range of only the AC100 system or AC200V system, the secondary side It can be said that the level fluctuation of the DC output voltage Eo1 also increases. In order to perform the constant voltage control operation corresponding to the level fluctuation of the secondary side DC output voltage Eo1 expanded in this way, the above-mentioned range of 117.6 kHz to 208.3 kHz is set in the direction of higher frequency. An expanded, wider range of required control is required.

しかしながら、現状におけるスイッチング素子を駆動するためのIC(発振・ドライブ回路2)としては、対応可能な駆動周波数の上限は200kHz程度が限界である。また、仮に上記のような高い周波数での駆動が可能となるICが開発された場合にも、スイッチング素子が高周波駆動されることによっては電力変換効率が著しく低下し、電源回路として実用することは実質的に不可能となる。
このことから、例えば図13に示す電源回路の構成によりワイドレンジ対応とすることは実現が非常に困難であることがわかる。
However, as an IC (oscillation / drive circuit 2) for driving a switching element at present, the upper limit of the drive frequency that can be handled is about 200 kHz. In addition, even if an IC capable of driving at a high frequency as described above is developed, the power conversion efficiency is remarkably lowered when the switching element is driven at a high frequency, so that it can be used as a power supply circuit. Practically impossible.
From this, it can be seen that, for example, it is very difficult to realize the wide range by the configuration of the power supply circuit shown in FIG.

このような事情から、共振形コンバータを備えたスイッチング電源回路としては、ワイドレンジ対応の動作を実現するとした場合には、例えばAC100V系/200V系の商用交流電源入力に応じて、一次側スイッチングコンバータの構成をハーフブリッジ/フルブリッジで切り換える構成を採ることが行われている。あるいは、商用交流電源ACについての整流動作を行う整流回路の動作を、AC100V系/200V系の商用交流電源入力に応じて、全波整流/倍電圧整流で切り換える構成とすることも行われている。   For this reason, as a switching power supply circuit equipped with a resonant converter, when an operation corresponding to a wide range is to be realized, for example, according to an AC100V system / 200V system commercial AC power supply input, a primary side switching converter The configuration is switched between half bridge and full bridge. Alternatively, the operation of the rectifier circuit that performs the rectification operation for the commercial AC power supply AC is switched by full-wave rectification / double voltage rectification according to the AC 100V / 200V commercial AC power input. .

しかしながら、AC100V系とAC200V系とで回路構成の切り換えを行う場合には、以下のような問題点が生じる。
例えば、このような商用交流電源レベルに応じた切り換えには、入力電圧についての閾値(例えば150V)を設定し、これを上回った場合はAC200V系、下回った場合はAC100V系に対応した回路切換を行うようにされるが、単純にこのような切り換えのみを行っていたのでは、例えばAC200V系の入力時の瞬間停電等による一時的な交流入力電圧の低下に対しても、AC100系に対応した切り換えが行われてしまうおそれがある。つまり、例えば整流動作の切り換え構成を例に挙げれば、AC200V系の入力であるにも関わらず、AC100V系であるとして倍電圧整流回路に切り換えられてしまい、これによってスイッチング素子などが耐圧オーバーとなって破壊される可能性がある。
However, when the circuit configuration is switched between the AC100V system and the AC200V system, the following problems occur.
For example, for switching according to such a commercial AC power supply level, a threshold value (for example, 150V) for the input voltage is set, and circuit switching corresponding to the AC 200V system is performed when the threshold is exceeded, and AC 100V system is coupled when the threshold is decreased. However, if only such switching is performed, the AC 100 system is also supported for a temporary decrease in AC input voltage due to, for example, a momentary power failure at the time of AC 200 V input. There is a risk of switching. In other words, for example, in the switching configuration of the rectifying operation, the AC voltage is switched to the voltage doubler rectifier circuit even though the input is AC200V, and the switching element is overvoltage-resistant. May be destroyed.

そこで、実際には、上記のような誤動作が生じないようにするために、メインとなるスイッチングコンバータの直流入力電圧だけではなく、スタンバイ電源側のコンバータ回路の直流入力電圧も検出する構成を採るようにされる。
しかしながら、このようにしてスタンバイ電源側のコンバータ回路を検出するということは、基準電圧と入力電圧との比較を行うための例えばコンパレータIC等を実装することになるが、これにより部品点数が増加して、回路製造コストの増加、及び回路基板サイズの大型化が助長されてしまうことになる。
Therefore, in order to prevent the above-described malfunction, in practice, not only the DC input voltage of the main switching converter but also the DC input voltage of the converter circuit on the standby power supply side is detected. To be.
However, detecting the converter circuit on the standby power supply side in this way means mounting a comparator IC or the like for comparing the reference voltage and the input voltage, but this increases the number of components. Therefore, an increase in circuit manufacturing cost and an increase in circuit board size are promoted.

また、このように誤動作防止を目的としてスタンバイ電源側のコンバータの直流入力電圧を検出するということは、メイン電源の他にスタンバイ電源を備える電子機器でなければ、実際に使用することができないということになる。つまり、電源を実装可能な電子機器の種類が、スタンバイ電源を備えたものに限定されるわけであり、それだけ利用範囲が狭くなっているという問題も生じる。   In addition, detecting the DC input voltage of the converter on the standby power supply side for the purpose of preventing malfunction in this way means that it can only be actually used if it is an electronic device having a standby power supply in addition to the main power supply. become. That is, the types of electronic devices that can be equipped with a power supply are limited to those equipped with a standby power supply, and there is a problem that the use range is narrowed accordingly.

また、ハーフブリッジ/フルブリッジの切り換えを行う構成では、フルブリッジ構成を可能とするためにスイッチング素子を少なくとも4つ備える必要がある。つまり、切り換えが不要であればハーフブリッジによりスイッチング素子が2つで済むものを、この場合はさらに2つ追加しなくてはならない。
また、整流動作の切換を行う構成としても、倍電圧整流動作を得るために平滑コンデンサCiを2本備えるようにしなければならない。つまり全波整流のみとする構成と比較して、平滑コンデンサCiを1本追加しなければならなくなる。
これらの点でも、上記したような回路切換を伴うワイドレンジ対応の構成では、回路製造コストの増加、及び電源回路基板の大型化を招く。特に、整流動作切り換えの構成において、平滑コンデンサCi等は電源回路を構成する部品のうちでも大型の部類に入ることから、このような基板サイズの大型化はさらに助長される。
Further, in the configuration for switching between the half bridge and the full bridge, it is necessary to include at least four switching elements in order to enable the full bridge configuration. That is, if switching is not necessary, a half bridge that requires only two switching elements must be added in this case.
Further, even when the rectifying operation is switched, two smoothing capacitors Ci must be provided in order to obtain a double voltage rectifying operation. That is, one smoothing capacitor Ci has to be added as compared with a configuration in which only full-wave rectification is performed.
Also in these respects, the wide-range configuration with circuit switching as described above causes an increase in circuit manufacturing cost and an increase in the size of the power circuit board. In particular, in the configuration of switching the rectifying operation, the smoothing capacitor Ci and the like enter a large category among the components constituting the power supply circuit, so that the increase in the substrate size is further promoted.

また、先に説明したようにしてスイッチング周波数の制御範囲が広範となることによるもう1つの問題点としては、二次側直流出力電圧Eoについての安定化の高速応答特性が低下してしまうということが挙げられる。
特に近年の電子機器では、例えば各種駆動部のオン/オフ等に応じて負荷電力が最大負荷と無負荷とで瞬時的に変化する、いわゆるスイッチング負荷といわれる負荷条件となることがある。これに応じて電源回路側としても、このように高速且つ広範に変動する負荷電力に応じて、二次側直流出力電圧Eoの定電圧制御を行う必要がある。
しかしながら、上述のようにスイッチング周波数制御範囲が広範であると、最大値と最小値とで変化する負荷に対応して定電圧制御に必要なスイッチング周波数へと変化させるまでに、その分多くの時間を要してしまうことになる。つまり、定電圧制御の応答性が鈍くなる。
Further, as described above, another problem caused by the wide control range of the switching frequency is that the high-speed response characteristic for stabilization of the secondary side DC output voltage Eo is deteriorated. Is mentioned.
Particularly in recent electronic devices, for example, the load power may be a so-called switching load condition in which the load power changes instantaneously between the maximum load and no load according to on / off of various driving units. In response to this, it is necessary for the power supply circuit side to perform constant voltage control of the secondary side DC output voltage Eo in accordance with the load power which fluctuates at such a high speed and widely.
However, if the switching frequency control range is wide as described above, it takes a lot of time to change to the switching frequency necessary for constant voltage control corresponding to the load changing between the maximum value and the minimum value. Will be required. That is, the responsiveness of constant voltage control becomes dull.

また、図13に示す電源回路は、一次側電圧共振形コンバータを備える構成であり、このような構成の電源回路が電力変換効率について有利となる傾向の特性を有していることは、先に説明したとおりである。しかしながら、例えば近年のエネルギー事情、環境事情などを考慮して、電子機器については、より高い電力変換効率特性とすることが求められている。これに伴い、電子機器に搭載される電源回路そのものについても、さらなる電力変換効率の向上が要求されている状況にある。   Further, the power supply circuit shown in FIG. 13 has a configuration including a primary side voltage resonance converter, and the power supply circuit having such a configuration has a characteristic that tends to be advantageous in terms of power conversion efficiency. As explained. However, in consideration of recent energy circumstances, environmental circumstances, and the like, electronic devices are required to have higher power conversion efficiency characteristics. In connection with this, the power supply circuit itself mounted in the electronic device is in a situation where further improvement in power conversion efficiency is required.

そこで本発明は上記した課題を考慮して、スイッチング電源回路として次のように構成することとした。
つまり、直流入力電圧を入力してスイッチングを行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段とを備える。
また、少なくとも、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、該一次巻線に得られたスイッチング出力により交番電圧が誘起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスを備える。
また、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一次側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を備える。
また、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に対して並列となる関係により二次側並列共振コンデンサを接続することで、上記二次巻線を含む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形成される二次側並列共振回路を備える。
また、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に誘起される交番電圧に基づき整流動作を行って、二次側直流出力電圧を生成するように構成された二次側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駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、上記二次側直流出力電圧について定電圧制御を行う定電圧制御手段とを備える。
その上で、上記絶縁コンバータトランスは、一次側と二次側との結合係数が、上記一次側並列共振回路と上記二次側並列共振回路とを有して形成される電磁結合形共振回路について、上記スイッチング周波数を有する周波数信号の入力に対する出力特性として単峰特性が得られ、且つ所定レベル以上の交流入力電圧入力時における上記スイッチング素子のオン期間の割合が所定以下となるようにして、疎結合とみなされる所定の値に設定されている。
そして、少なくとも所定の負荷条件の下で一定以上の電力変換効率が得られるようにして、上記一次側並列共振回路の共振周波数と、上記二次側並列共振回路の共振周波数とを設定して構成することとした。
In view of the above-described problems, the present invention is configured as a switching power supply circuit as follows.
That is, a switching means formed by including a switching element that performs switching by inputting a DC input voltage, and a switching drive means that switches the switching element.
Further, at least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage is induced by the switching output obtained in the primary winding are wound. Insulated converter transformer formed.
Further, a primary side parallel resonance circuit is provided which is formed by at least a leakage inductance component including a primary winding of the insulating converter transformer and a capacitance of the primary side parallel resonance capacitor, and the operation of the switching means is a voltage resonance type.
Also, by connecting a secondary side parallel resonant capacitor in a parallel relationship with the secondary winding of the insulating converter transformer, a leakage inductance component including the secondary winding and the secondary side parallel resonant capacitor And a secondary side parallel resonant circuit formed by the capacitance of the second side.
A secondary-side DC output voltage generator configured to generate a secondary-side DC output voltage by performing a rectifying operation based on an alternating voltage induced in the secondary winding of the insulating converter transformer; Constant voltage control means for controlling the switching drive means according to the level of the secondary side DC output voltage and changing the switching frequency of the switching means to perform constant voltage control on the secondary side DC output voltage; Is provided.
In addition, the insulating converter transformer has an electromagnetic coupling type resonance circuit in which a coupling coefficient between the primary side and the secondary side is formed by including the primary side parallel resonance circuit and the secondary side parallel resonance circuit. A unimodal characteristic is obtained as an output characteristic with respect to the input of a frequency signal having the switching frequency, and the ratio of the ON period of the switching element when an AC input voltage of a predetermined level or higher is input is less than a predetermined value. It is set to a predetermined value that is considered a combination.
Then, the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit are set so that power conversion efficiency of a certain level or more is obtained at least under a predetermined load condition. It was decided to.

上記構成による電源回路は、二次側に二次側並列共振回路を備える電圧共振形コンバータとしての基本構成を採る。つまり、一次側と二次側とにそれぞれ二次側並列共振回路を備えた構成を採るものであり、これにより、絶縁コンバータトランスの電磁結合による結合形共振回路を形成することになる。そして、絶縁コンバータトランスについて結合係数を所定の疎結合とされる値にまで低下させることで、当該結合形共振回路に対する入力であるスイッチング周波数の周波数信号(スイッチング出力)に対する出力特性として、急峻な単峰特性を得ることが可能となる。この結果、二次側直流出力電圧の安定化に要するスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)を縮小することができる。
また、上記結合係数の値を低下させていくことによっては、負荷変動に対するスイッチング素子のオフ期間とオン期間の特性として、特に所定レベル以上の交流入力電圧入力時におけるオン期間の割合が小さくなることが明らかとなった。つまりは、上記のようにして結合係数が所定の疎結合とされる値にまで低下されることで、特に所定レベル以上の交流入力電圧入力時におけるオン期間の割合を所定以下とすることができ、これによってスイッチング素子に印加されるスイッチング電圧のピークレベルの抑制が図られる。
さらに、一次側並列共振回路の共振周波数と二次側並列共振回路の共振周波数の設定により、所定の負荷条件の下で、一定以上の電力変換効率特性が得られるようにされる。
The power supply circuit having the above configuration adopts a basic configuration as a voltage resonance type converter including a secondary side parallel resonance circuit on the secondary side. That is, the primary side and the secondary side are each provided with a secondary side parallel resonance circuit, thereby forming a coupled resonance circuit by electromagnetic coupling of the insulating converter transformer. Then, by reducing the coupling coefficient of the insulating converter transformer to a predetermined loose coupling value, the output characteristic for the frequency signal (switching output) of the switching frequency that is the input to the coupled resonant circuit is a steep single unit. Peak characteristics can be obtained. As a result, the variable range (necessary control range) of the switching frequency required for stabilizing the secondary side DC output voltage can be reduced.
Further, by reducing the value of the coupling coefficient, the ratio of the ON period, particularly when an AC input voltage exceeding a predetermined level is input, becomes small as a characteristic of the OFF period and the ON period of the switching element with respect to the load fluctuation. Became clear. In other words, the ratio of the ON period can be reduced to a predetermined value or less particularly when an AC input voltage of a predetermined level or higher is input, by reducing the coupling coefficient to a value that is a predetermined loose coupling as described above. This suppresses the peak level of the switching voltage applied to the switching element.
Further, by setting the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit, a power conversion efficiency characteristic of a certain level or more can be obtained under a predetermined load condition.

このようにして本発明は、二次側並列共振回路を備える電圧共振形コンバータについて、定電圧制御に必要なスイッチング周波数の可変制御範囲(必要制御範囲)が縮小される。
これにより、電圧共振形スイッチングコンバータについて、スイッチング周波数制御のみによりワイドレンジ対応化することが容易に実現可能となる。
Thus, the present invention reduces the variable control range (required control range) of the switching frequency necessary for constant voltage control for the voltage resonance type converter including the secondary side parallel resonance circuit.
As a result, the voltage resonance type switching converter can be easily realized in a wide range only by the switching frequency control.

また、上記のようにして結合係数が所定の疎結合とされる値にまで低下されることで、特に所定レベル以上の交流入力電圧入力時におけるスイッチング素子のオン期間の割合が小さくなり、これによってスイッチング素子に印加されるスイッチング電圧のピークレベルの抑制が図られる。   In addition, since the coupling coefficient is reduced to a value that is a predetermined loose coupling as described above, the ratio of the ON period of the switching element particularly when an AC input voltage of a predetermined level or higher is input is reduced. The peak level of the switching voltage applied to the switching element can be suppressed.

さらに本発明によっては、一次側並列共振回路の共振周波数と二次側並列共振回路の共振周波数の設定により、所定の負荷電力の負荷条件にも対応させるようにして一定以上の電力変換効率が得られるようにしている。電圧共振形コンバータは、高い電力変換効率特性を本来有するが、本発明によっては、電圧共振形コンバータを備える電源回路について、より良好な電力変換効率特性を有するものを提供できることになる。   Further, according to the present invention, a power conversion efficiency of a certain level or more can be obtained by setting the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit so as to correspond to the load condition of a predetermined load power. I am trying to do it. The voltage resonance type converter originally has high power conversion efficiency characteristics. However, according to the present invention, a power supply circuit including a voltage resonance type converter can be provided having better power conversion efficiency characteristics.

そして、上記のようなワイドレンジ化、スイッチング電圧のピークレベルの抑制、及び高効率化を実現するための基本構成としては、二次側並列共振回路を備える電圧共振形コンバータについて、絶縁コンバータトランスを所要の結合係数が得られる構造とすればよいものであり、従って、部品点数の増加などによるコストアップ、回路の大型化、重量増加などを伴うことなくワイドレンジ対応が実現されている、ということがいえる。   As a basic configuration for realizing the wide range, suppression of the peak level of the switching voltage, and high efficiency as described above, an insulating converter transformer is provided for a voltage resonant converter including a secondary parallel resonant circuit. It should be a structure that can provide the required coupling coefficient. Therefore, it can be used for a wide range without increasing costs, increasing the size of the circuit, increasing the weight, etc. I can say.

図1の回路図は、本発明を実施するための最良の形態(実施の形態)としての電源回路の構成例を示している。この図に示す電源回路は、シングルエンド方式による電圧共振形スイッチングコンバータとしての基本構成を採る。
この図に示すスイッチング電源回路においては、まず、商用交流電源ACのラインに対して、図示するようにして、1組のコモンモードチョークコイルCMCと、2本のアクロスコンデンサCLが挿入される。これらコモンモードチョークコイルCMC、及びアクロスコンデンサCL,CLにより、商用交流電源ACのラインに重畳するコモンモードのノイズを除去するノイズフィルタが形成される。
The circuit diagram of FIG. 1 shows a configuration example of a power supply circuit as the best mode (embodiment) for carrying out the present invention. The power supply circuit shown in this figure employs a basic configuration as a voltage resonance type switching converter by a single end system.
In the switching power supply circuit shown in this figure, first, a pair of common mode choke coils CMC and two across capacitors CL are inserted into the commercial AC power supply AC line as shown. The common mode choke coil CMC and the across capacitors CL and CL form a noise filter that removes common mode noise superimposed on the line of the commercial AC power supply AC.

商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)は、ブリッジ整流回路Diにより整流され、その整流出力は平滑コンデンサCiに充電される。これにより平滑コンデンサCiの両端電圧として整流平滑電圧Eiが得られる。この整流平滑電圧Eiが、後段のスイッチングコンバータのための直流入力電圧となる。   The commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) is rectified by the bridge rectifier circuit Di, and the rectified output is charged to the smoothing capacitor Ci. As a result, the rectified and smoothed voltage Ei is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Ci. This rectified and smoothed voltage Ei becomes a DC input voltage for the subsequent switching converter.

この図において、上記整流平滑電圧Eiを直流入力電圧として入力してスイッチング動作を行うスイッチングコンバータは、例えば1石のスイッチング素子Q1を備えたシングルエンド方式の電圧共振形コンバータとして形成される。この場合のスイッチング素子Q1には高耐圧のMOS−FETが選定されている。また、この場合の電圧共振形コンバータの駆動方式は、発振・ドライブ回路2によりスイッチング素子をスイッチング駆動する他励式である。   In this figure, the switching converter that performs a switching operation by inputting the rectified and smoothed voltage Ei as a DC input voltage is formed as, for example, a single-ended voltage resonant converter including a single switching element Q1. In this case, a high breakdown voltage MOS-FET is selected as the switching element Q1. In this case, the driving method of the voltage resonance type converter is a separately excited type in which the switching element is switched by the oscillation / drive circuit 2.

スイッチング素子Q1のゲートに対しては、発振・ドライブ回路2から出力されるスイッチング駆動信号(電圧)が印加されるようになっている。
また、スイッチング素子Q1のドレインは、後述する絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の巻始め端部と接続される。一次巻線N1の巻き終わり端部は、平滑コンデンサEiの正極端子と接続される。従って、この場合には、直流入力電圧(Ei)は、一次巻線N1の直列接続を介してスイッチング素子Q1に供給されるようになっている。スイッチング素子Q1のソースは一次側アースに接続される。
A switching drive signal (voltage) output from the oscillation / drive circuit 2 is applied to the gate of the switching element Q1.
The drain of the switching element Q1 is connected to the winding start end of a primary winding N1 of an insulating converter transformer PIT described later. The winding end end of the primary winding N1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ei. Therefore, in this case, the DC input voltage (Ei) is supplied to the switching element Q1 through the serial connection of the primary winding N1. The source of the switching element Q1 is connected to the primary side ground.

この場合のスイッチング素子Q1には、MOS−FETが選定されていることから、図示するようにして、ソース−ドレイン間に対して並列に接続されるようにしてボディダイオードDDを内蔵する。このボディダイオードDDとしては、アノードがスイッチング素子Q1のソースと接続され、カソードがスイッチング素子Q1のドレインと接続される状態を形成する。このボディダイオードDDは、スイッチング素子Q1のオン/オフ動作(スイッチング動作)により生じる、逆方向のスイッチング電流を流す経路を形成する。   Since the MOS-FET is selected for the switching element Q1 in this case, a body diode DD is incorporated so as to be connected in parallel with the source and drain as shown in the figure. As the body diode DD, the anode is connected to the source of the switching element Q1, and the cathode is connected to the drain of the switching element Q1. The body diode DD forms a path for flowing a switching current in the reverse direction, which is generated by the on / off operation (switching operation) of the switching element Q1.

そして、スイッチング素子Q1のドレイン−ソース間に対しては、一次側並列共振コンデンサCrが並列に接続される。
一次側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のリーケージ(漏洩)インダクタンスL1とによって、スイッチング素子Q1に流れるスイッチング電流に対する一次側並列共振回路(電圧共振回路)を形成する。この一次側並列共振回路が共振動作を行うことによって、スイッチング素子Q1のスイッチング動作として電圧共振形の動作が得られる。これに応じて、スイッチング素子Q1の両端電圧(ドレイン−ソース間電圧)であるスイッチング電圧V1としては、そのオフ期間において正弦波状の共振パルス波形が得られる。
A primary side parallel resonant capacitor Cr is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q1.
The primary side parallel resonance capacitor Cr has a primary side parallel resonance circuit (voltage resonance circuit) for the switching current flowing in the switching element Q1 by its own capacitance and the leakage (leakage) inductance L1 of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT. Form. The primary side parallel resonance circuit performs a resonance operation, whereby a voltage resonance type operation is obtained as the switching operation of the switching element Q1. Accordingly, a sinusoidal resonance pulse waveform is obtained during the off period as the switching voltage V1, which is the voltage across the switching element Q1 (drain-source voltage).

発振・ドライブ回路2は、例えば他励式によりスイッチング素子Q1を駆動するために、発振回路と、この発振回路により得られる発振信号に基づいて、MOS−FETをスイッチング駆動するためのゲート電圧であるドライブ信号を生成して、スイッチング素子Q1のゲートに印加するようにされる。これにより、スイッチング素子Q1は、ドライブ信号の周期に応じたスイッチング周波数に従って連続的にオン/オフ動作を行う。つまり、スイッチング動作を行う。   The oscillation / drive circuit 2 is a drive that is a gate voltage for switching the MOS-FET based on an oscillation circuit and an oscillation signal obtained by the oscillation circuit in order to drive the switching element Q1 by, for example, separate excitation. A signal is generated and applied to the gate of the switching element Q1. Thereby, the switching element Q1 continuously performs on / off operation according to the switching frequency corresponding to the cycle of the drive signal. That is, a switching operation is performed.

絶縁コンバータトランスPITは、一次側と二次側とを直流的に絶縁した状態で、一次側スイッチングコンバータのスイッチング出力を二次側に伝送する。
図2は、図1の電源回路が備える絶縁コンバータトランスPITの構造例を示す断面図である。
この図に示すように、絶縁コンバータトランスPITは、フェライト材によるE型コアCR1、CR2を互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コアを備える。E型コアCR1、CR2は、それぞれ図のように断面形状がE字型とされたコアである。
そして、一次側と二次側の巻装部について相互に独立するようにして分割した形状により、例えば樹脂などによって形成されるボビンBが備えられる。このボビンBの一方の巻装部に対して一次巻線N1を巻装する。また、他方の巻装部に対して二次巻線N2を巻装する。このようにして一次側巻線及び二次側巻線が巻装されたボビンBを上記EE型コア(CR1,CR2)に取り付けることで、一次側巻線及び二次側巻線とがそれぞれ異なる巻装領域により、EE型コアの中央磁脚に巻装される状態となる。
The insulating converter transformer PIT transmits the switching output of the primary side switching converter to the secondary side in a state where the primary side and the secondary side are galvanically insulated.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structural example of an insulating converter transformer PIT included in the power supply circuit of FIG.
As shown in this figure, the insulating converter transformer PIT includes an EE type core in which E type cores CR1 and CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other. The E-type cores CR1 and CR2 are cores each having an E-shaped cross section as shown in the figure.
And the bobbin B formed with resin etc. is provided by the shape divided | segmented so that it might mutually become independent about the primary side and the secondary side winding part. The primary winding N1 is wound around one winding portion of the bobbin B. Further, the secondary winding N2 is wound around the other winding portion. By attaching the bobbin B on which the primary side winding and the secondary side winding are wound in this way to the EE type cores (CR1, CR2), the primary side winding and the secondary side winding are different from each other. By the winding area, the center magnetic leg of the EE core is wound.

さらに、EE型コアの中央磁脚に対しては、図のようにしてギャップGが形成される。このギャップGの長さは、一次側と二次側との結合係数を決定するにあたっての一要素となる。なお、ギャップGは、E型コアCR1,CR2の中央磁脚を、2本の外磁脚よりも短くすることで形成することができる。   Furthermore, a gap G is formed as shown in the figure with respect to the central magnetic leg of the EE type core. The length of the gap G is an element in determining the coupling coefficient between the primary side and the secondary side. The gap G can be formed by making the central magnetic legs of the E-type cores CR1 and CR2 shorter than the two outer magnetic legs.

その上で、この場合の絶縁コンバータトランスPITにおいては、EE型コアの2本の外磁脚の中央部分、つまり、一次巻線N1の巻装位置と二次巻線N2の巻装位置との境にあたる部位の各々に対応して、フェライトシートコアFSC1、FSC2を挟むようにして設けている。これらフェライトシートコアFSC1、FSC2は、それぞれ所定の厚さLn2を有する。
また、この場合のフェライトシートコアFSC1、FSC2は、その名前からも分かるように、E型コアCR1,CR2と同じフェライトから成るもので、外磁脚に挟まれた状態で設けられる。そのうえで、さらに、フェライトシートコアFSC1、FSC2は、外磁脚の内側端面部からEE型コアの内磁脚側に対して、所定の長さLn3により突出部位(磁路発生部位)があるようにして設けられる。これにより、ボビンBにおける一次巻線N1と二次巻線N2の巻装部の間の部位に対しては、フェライトシートコアFSC1、FSC2の端部側が所定長分だけ嵌入されるような状態となる。
In addition, in the insulating converter transformer PIT in this case, the central portion of the two outer magnetic legs of the EE core, that is, the winding position of the primary winding N1 and the winding position of the secondary winding N2 The ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 are provided so as to sandwich each of the portions corresponding to the boundary. These ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 each have a predetermined thickness Ln2.
Further, as can be seen from the names, the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 in this case are made of the same ferrite as the E-type cores CR1 and CR2, and are provided between the outer magnetic legs. In addition, the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 further have a protruding portion (magnetic path generating portion) with a predetermined length Ln3 from the inner end surface portion of the outer magnetic leg to the inner magnetic leg side of the EE core. Provided. As a result, the end portions of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 are inserted into the portion between the winding portions of the primary winding N1 and the secondary winding N2 in the bobbin B by a predetermined length. Become.

ここで、例えば先の図14に示した絶縁コンバータトランスPITのようにして、フェイライトシートコアFSC1、FSC2を挿入しない単純なEE型コア構造の場合には、図3(a)の磁束φ1、φ2に示すようにして磁路が形成されることになる。なお、図3においては、図示をわかりやすくするためにボビンBは省略している。
この図から分かるように、磁束φ1、φ2の磁路は、一次巻線N1側と二次巻線N2側とをまたぐようにして外磁脚を通る。このために、図14に示した絶縁コンバータトランスPITにおいて、一次巻線N1と二次巻線N2との結合度は相応に高いものであり、図13の回路にて設定していた結合係数k=0.80程度は、ギャップ長1.0mm程度のギャップGを内磁脚に形成することで得ていたものである。
Here, for example, in the case of a simple EE type core structure in which the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 are not inserted as in the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 14, the magnetic flux φ1 in FIG. A magnetic path is formed as shown by φ2. In FIG. 3, the bobbin B is omitted for easy understanding.
As can be seen from this figure, the magnetic paths of the magnetic fluxes φ1 and φ2 pass through the outer magnetic legs so as to straddle the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side. For this reason, in the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 14, the degree of coupling between the primary winding N1 and the secondary winding N2 is correspondingly high, and the coupling coefficient k set in the circuit of FIG. = 0.80 is obtained by forming a gap G having a gap length of about 1.0 mm on the inner magnetic leg.

これに対して、図2に示したようにしてフェライトシートコアFSC1,FSC2を設けた場合、E型コアCR1,CR2が、フェライトシートコアFSC1,FSC2と同材質のフェライトであることによれば、実質的には、図3(b)に示すようにして、EE型コアの形状としては外磁脚の中央部が内磁脚の中央部側に突出した形状を有しているものとみることができる。そして、このようなEE型コアの形状は、図3(a)のEE型コア形状に対して、突出部分(磁路発生部位)の長さLn3の分だけ、外磁脚の中央部分と内磁脚の中央部分との空間距離が短くなっていることになる。
これらの部位が近づいた分、図3(b)に示す絶縁コンバータトランスPITでは、図3(b)において破線で示すφ11,φ12により示される磁束が生じることになる。この磁束φ11,φ12の成分は、上記フェライトシートコアFSC1,FSC2の突出部分の厚さLn2が厚くなって、これらフェライトシートコアFSC1,FSC2の突出部分を通る磁束の量が増大するほど増加し、一方の磁束φ1,φ2の成分量は減少していく。
On the other hand, when the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 are provided as shown in FIG. 2, the E-type cores CR1 and CR2 are ferrites of the same material as the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2. Substantially, as shown in FIG. 3B, the shape of the EE-type core is assumed to have a shape in which the center part of the outer magnetic leg protrudes toward the center part side of the inner magnetic leg. Can do. The shape of such an EE type core is the same as that of the EE type core shape of FIG. 3A by the length Ln3 of the protruding portion (magnetic path generation site) and the central portion of the outer magnetic leg The spatial distance from the center part of the magnetic leg is shortened.
As these portions approach, the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 3B generates magnetic fluxes indicated by φ11 and φ12 indicated by broken lines in FIG. 3B. The components of the magnetic fluxes φ11 and φ12 increase as the thickness Ln2 of the protruding portions of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 increases and the amount of magnetic flux passing through the protruding portions of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 increases. On the other hand, the component amount of the magnetic fluxes φ1 and φ2 decreases.

ここで、磁束φ11,φ12の磁路は、一次巻線N1側と二次巻線N2側との個々にそれぞれ対応して形成されるものとなる。従って、上記した磁束φ1,φ2の成分量が減少するのに対し、磁束φ11,φ12が増加する傾向になるということは、一次巻線N1と二次巻線N2との結合度が低下することになる。
つまりは、このフェライトシートコア(FSC)によっても結合係数を変化させることができるもので、上記のようにその厚さLn2に応じて結合係数を低く設定することが可能となる。
Here, the magnetic paths of the magnetic fluxes φ11 and φ12 are formed respectively corresponding to the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side. Therefore, while the component amounts of the magnetic fluxes φ1 and φ2 described above decrease, the magnetic fluxes φ11 and φ12 tend to increase, which means that the degree of coupling between the primary winding N1 and the secondary winding N2 decreases. become.
That is, the coupling coefficient can be changed also by this ferrite sheet core (FSC), and the coupling coefficient can be set low according to the thickness Ln2 as described above.

このようにして、フェライトシートコアFSC1、FSC2を設けたことによって結合係数が低下するということは、本例の構成によれば、ギャップGの拡大を伴わずに結合係数としてより低い値を設定することができる。
本実施の形態の場合、具体的にはギャップGの長さを従来と同様の1.0mm程度に設定した上で、フェライトシートコアFSC1、FSC2の上記した厚さLn2を1.5mmに設定したことで、絶縁コンバータトランスPITにおける総合的な結合係数(以下、総合結合係数ktとする)として、kt=0.6程度を得るようにされる。
In this way, the fact that the coupling coefficient is lowered by providing the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 means that according to the configuration of this example, a lower value is set as the coupling coefficient without increasing the gap G. be able to.
In the case of the present embodiment, specifically, the length of the gap G is set to about 1.0 mm as in the prior art, and the above-described thickness Ln2 of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 is set to 1.5 mm. As a total coupling coefficient (hereinafter referred to as a total coupling coefficient kt) in the insulating converter transformer PIT, about kt = 0.6 is obtained.

なお、上記説明からも理解されるように、総合結合係数ktの設定は、EE型コアの基本形状に対して、上記フェライトシートコア(FSC1、FSC2)と同様の磁路発生部位が形成されることでこれを行うことができるものであるが、これによれば、例えばフェライトシートコアを使用せずとも図3(b)に示すままの実際のコア形状が得られるようにE型コアを成型して、これを組み合わせることによってもフェライトシートコアを使用する場合と同様の総合結合係数ktの設定を可能とすることができる。
ただし、本実施の形態では、現状においては上記したようなE型コアを成型するよりも製造工程としてはより簡易となることを考慮して、フェライトシートコア(FSC1,FSC2)を外磁脚に挟み込む形態としているものである。
As can be understood from the above description, the setting of the total coupling coefficient kt is such that a magnetic path generation site similar to the ferrite sheet core (FSC1, FSC2) is formed with respect to the basic shape of the EE type core. However, according to this, for example, an E-type core is molded so that an actual core shape as shown in FIG. 3B can be obtained without using a ferrite sheet core. Thus, by combining these, it is possible to set the total coupling coefficient kt similar to the case where the ferrite sheet core is used.
However, in the present embodiment, the ferrite sheet cores (FSC1, FSC2) are used as outer magnetic legs in consideration of the fact that the manufacturing process is simpler than molding the E-type core as described above. It is the form which is inserted.

また、本実施の形態の場合、絶縁コンバータトランスPITとしては、次の図4(a)に示す構造とすることもできる。
図4(a)において、この場合の絶縁コンバータトランスPITとしても、その断面形状がE字型とされたフェライト材によるE型コアCR3とE型コアCR4とについて、互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コアを備える。
但しこの場合は、一次側巻線(N1)と二次側巻線(N2)とをそれぞれ独立して巻装する2つのボビンB5について、各々を上記EE型コア(CR3・CR4)に形成される2本の外磁脚の一方ずつに取り付けることで、図のように一次側巻線が一方の外磁脚に、二次側巻線が他方の外磁脚に巻装される状態が得られるようにされている。
そして、この場合も上記EE型コアの中央磁脚(内磁脚)に対しては、ギャップGが形成される。この場合もギャップGは、E型コアCR3,CR4の中央磁脚を2本の外磁脚よりも短くすることで形成することができる。
In the case of the present embodiment, the insulating converter transformer PIT may have the structure shown in FIG.
In FIG. 4A, the insulating converter transformer PIT in this case is such that the magnetic legs of the E-type core CR3 and E-type core CR4 made of a ferrite material whose cross-sectional shape is E-shaped are opposed to each other. EE type core combined with
However, in this case, each of the two bobbins B5 for independently winding the primary winding (N1) and the secondary winding (N2) is formed on the EE core (CR3 / CR4). By attaching to each of the two outer magnetic legs, the primary side winding is wound around one outer magnetic leg and the secondary side winding is wound around the other outer magnetic leg as shown in the figure. It is supposed to be.
Also in this case, a gap G is formed with respect to the central magnetic leg (inner magnetic leg) of the EE type core. Also in this case, the gap G can be formed by making the central magnetic legs of the E-type cores CR3 and CR4 shorter than the two outer magnetic legs.

この図4(a)に示す構造とされた絶縁コンバータトランスPITにおいては、図4(b)に示されるような磁路が形成される。なお、この図4(b)においても説明の便宜上ボビンB5については省略している。
先ず、上記のようにして一次側巻線と二次側巻線とがそれぞれ別々の外磁脚に対して巻装されていることで、この場合の磁路としては、図示するようにE型コアCR3側とE型コアCR4側とでそれぞれ2つの外磁脚を跨ぐようにして形成される磁束φ3による磁路と、それぞれの外磁脚側から内磁脚側へ通る磁束φ13と磁束φ14とによる磁路とが形成される。
図示されるように、上記磁束φ3による磁路としては、一次巻線N1側と二次巻線N2側とを跨ぐようにして形成されることがわかる。
一方の磁束φ13、φ14による磁路は、一次巻線N1側と二次巻線N2側との個々にそれぞれ対応して形成されるものとなる。
In the insulating converter transformer PIT having the structure shown in FIG. 4A, a magnetic path as shown in FIG. 4B is formed. In FIG. 4B, the bobbin B5 is omitted for convenience of explanation.
First, the primary side winding and the secondary side winding are wound around different outer magnetic legs as described above, and as a magnetic path in this case, as shown in FIG. The magnetic path by the magnetic flux φ3 formed so as to straddle the two outer magnetic legs on the core CR3 side and the E-type core CR4 side, and the magnetic flux φ13 and the magnetic flux φ14 passing from the outer magnetic leg side to the inner magnetic leg side, respectively. To form a magnetic path.
As shown in the figure, the magnetic path by the magnetic flux φ3 is formed so as to straddle the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side.
The magnetic paths by the magnetic fluxes φ13 and φ14 are formed corresponding to the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side, respectively.

このように、一次巻線N1側と二次巻線N2側との個々にそれぞれ対応して形成される磁束φ13、φ14による磁路は、上記もしているように共に内磁脚を通るようにされている。従って、この場合もEE型コアの内磁脚に形成されるギャップGの長さが、一次側と二次側の結合度を設定する1要素となっていることが理解できる。
但し、この場合の構造によると、一次側と二次側の結合度は、上記ギャップGの長さを長くすることによっては磁束φ13、φ14が減少して高められるものとなる。逆にギャップGの長さを短くすることによっては磁束φ13、φ14が増加して低くなるようにされる。つまりは、この図4に示す構造とされた場合、結合係数を低下させるにあたっては、ギャップGの長さをより短くするようにされるものであり、これによって、この場合としてもギャップGの拡大を伴わずに結合係数の値を低下させることができるものである。
As described above, the magnetic paths by the magnetic fluxes φ13 and φ14 formed respectively corresponding to the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side pass through the inner magnetic legs as described above. Has been. Therefore, in this case as well, it can be understood that the length of the gap G formed on the inner magnetic leg of the EE core is one element for setting the degree of coupling between the primary side and the secondary side.
However, according to the structure in this case, the degree of coupling between the primary side and the secondary side can be increased by decreasing the magnetic fluxes φ13 and φ14 by increasing the length of the gap G. On the contrary, by shortening the length of the gap G, the magnetic fluxes φ13 and φ14 are increased and lowered. In other words, in the case of the structure shown in FIG. 4, in reducing the coupling coefficient, the length of the gap G is made shorter. It is possible to reduce the value of the coupling coefficient without accompanying.

このようにして本実施の形態の絶縁コンバータトランスPITの構造によれば、ギャップGを拡大することなく一次側と二次側の結合係数を低下させることができる。
例えば、ギャップGの拡大によって結合係数の低下を図る場合、絶縁コンバータトランスPITにおける渦電流損失が増大するものとなるが、このように本例の場合は結合係数の低下にあたってギャップGの拡大が伴わないことで、この渦電流損失を抑制して効率低下を有効に抑制することができる。
Thus, according to the structure of the insulating converter transformer PIT of the present embodiment, the coupling coefficient between the primary side and the secondary side can be reduced without increasing the gap G.
For example, when the coupling coefficient is decreased by increasing the gap G, the eddy current loss in the insulating converter transformer PIT increases. In this example, the gap G is increased when the coupling coefficient is decreased. By not having this, it is possible to suppress this eddy current loss and effectively suppress the decrease in efficiency.

なお、以下では絶縁コンバータトランスPITとしては図2に示した構成が採られるものとして、一次側と二次側の結合係数については総合結合係数ktにより示すものとする。確認のために述べておくと、図2、図4何れの構成が採られる場合にも、同じ結合係数の値の設定にあたってギャップGの長さが同等とされるように構成されていることで、上記渦電流損失の抑制効果は同等に得ることができる。   In the following, it is assumed that the configuration shown in FIG. 2 is adopted as the insulating converter transformer PIT, and the coupling coefficient on the primary side and the secondary side is indicated by the total coupling coefficient kt. For confirmation, the length of the gap G is set to be the same when setting the same coupling coefficient value regardless of the configuration of FIGS. 2 and 4. The effect of suppressing the eddy current loss can be obtained equally.

説明を図1に戻す。
絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の一端は、前述もしたように、スイッチング素子Q1のドレインと接続されている。これにより、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、一次巻線N1には交番電圧が生じる。
Returning to FIG.
One end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the drain of the switching element Q1 as described above. As a result, the switching output of the switching element Q1 is transmitted to the primary winding N1, and an alternating voltage is generated in the primary winding N1.

絶縁コンバータトランスPITの二次側では、一次巻線N1により誘起された交番電圧が二次巻線N2に発生する。
この二次巻線N2に対しては、二次側並列共振コンデンサC2を並列に接続している。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二次側並列共振回路を形成する。この二次側並列共振回路は、後述する二次側整流回路の整流動作に応じて共振動作を行う。つまり、一次側とともに、二次側においても電圧共振動作が得られる。
On the secondary side of the insulating converter transformer PIT, an alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2.
A secondary side parallel resonant capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2. Thus, a secondary side 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. This secondary side parallel resonance circuit performs a resonance operation in accordance with a rectification operation of a secondary side rectifier circuit described later. That is, the voltage resonance operation can be obtained on the secondary side as well as the primary side.

この場合の二次側整流回路は、上記のようにして二次側並列共振コンデンサC2が並列接続された二次巻線N2に対して、1本の整流ダイオードDo1と、1本の平滑コンデンサCoを接続することで半波整流回路として形成される。この半波整流回路の接続態様としては、まず、二次巻線N2の巻き終わり端部側に対して、整流ダイオードDo1のアノードを接続する。また、整流ダイオードDo1のカソードを平滑コンデンサCoの正極端子に接続する。二次巻線N2の巻始め端部と、平滑コンデンサCoの負極端子は、二次側アースに対して接続する。なお、整流ダイオードDo1は、スイッチング周波数に応じた比較的高周波でのオン/オフ動作を行うことから、高速型(高速リカバリ型)が選定される。   In this case, the secondary side rectifier circuit includes one rectifier diode Do1 and one smoothing capacitor Co2 with respect to the secondary winding N2 to which the secondary side parallel resonant capacitor C2 is connected in parallel as described above. Are connected to form a half-wave rectifier circuit. As a connection mode of the half-wave rectifier circuit, first, the anode of the rectifier diode Do1 is connected to the winding end end side of the secondary winding N2. Further, the cathode of the rectifier diode Do1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co. The winding start end of the secondary winding N2 and the negative terminal of the smoothing capacitor Co are connected to the secondary side ground. Note that the rectifier diode Do1 performs an on / off operation at a relatively high frequency corresponding to the switching frequency, and therefore, a high-speed type (high-speed recovery type) is selected.

このようにして形成される半波整流回路では、二次巻線電圧V2について、二次巻線N2の巻き終わり端部側が正極性となる半波の期間において整流ダイオードDo1が導通して整流電流を流し、平滑コンデンサCoに充電する動作が得られる。これにより、平滑コンデンサCoの両端電圧として、二次巻線N2の誘起電圧の等倍に対応するレベルの二次側直流出力電圧Eoが得られる。
この二次側直流出力電圧Eoは、負荷に供給される。また、分岐して制御回路1に対して検出電圧として出力される。
In the half-wave rectifier circuit formed in this way, with respect to the secondary winding voltage V2, the rectifier diode Do1 conducts during the half-wave period in which the winding end end side of the secondary winding N2 is positive, and the rectified current The operation of charging the smoothing capacitor Co is obtained. As a result, the secondary side DC output voltage Eo at a level corresponding to the same voltage as the induced voltage of the secondary winding N2 is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Co.
The secondary side DC output voltage Eo is supplied to the load. Further, it branches and is output as a detection voltage to the control circuit 1.

制御回路1は、入力された二次側直流出力電圧Eoのレベル変化に応じた検出出力を発振・ドライブ回路2に供給する。発振・ドライブ回路2では、入力された制御回路1の検出出力に応じてスイッチング周波数を可変するようにして、スイッチング素子Q1を駆動する。このスイッチング周波数の可変として、本実施の形態では、先の図2において説明したように一次側と二次側の結合度を従来よりも低下させているため、後述もするようにスイッチング素子Q1のオフ期間TOFFは完全に一定とはならないが、主としてはオン期間TONを可変制御する動作となる。そして、このような動作が二次側直流出力電圧に対する定電圧制御動作となる。   The control circuit 1 supplies a detection output corresponding to the level change of the input secondary side DC output voltage Eo to the oscillation / drive circuit 2. In the oscillation / drive circuit 2, the switching element Q1 is driven such that the switching frequency is varied in accordance with the input detection output of the control circuit 1. In this embodiment, since the switching frequency is variable, the degree of coupling between the primary side and the secondary side is lowered as compared with the conventional case as described in FIG. The off period TOFF is not completely constant, but mainly the operation of variably controlling the on period TON. Such an operation is a constant voltage control operation for the secondary side DC output voltage.

スイッチング素子Q1のスイッチング周波数が可変制御されることにより、電源回路における一次側、二次側の共振インピーダンスが変化し、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1から二次巻線N2側に伝送される電力量、また、二次側整流回路から負荷に供給すべき電力量が変化することになる。これにより、二次側直流出力電圧Eoのレベル変動がキャンセルされるようにして、二次側直流出力電圧Eoのレベルを制御する動作が得られることになる。つまり、二次側直流出力電圧Eoの安定化が図られる。   By variably controlling the switching frequency of the switching element Q1, the primary and secondary resonance impedances in the power supply circuit are changed and transmitted from the primary winding N1 to the secondary winding N2 side of the insulating converter transformer PIT. The amount of power and the amount of power to be supplied from the secondary side rectifier circuit to the load will change. As a result, an operation for controlling the level of the secondary side DC output voltage Eo is obtained such that the level fluctuation of the secondary side DC output voltage Eo is canceled. That is, the secondary side DC output voltage Eo is stabilized.

ここで、上記図1に示した回路形態の電源回路の実際として、要部については、下記のように設定を行って構成している。
先ず、絶縁コンバータトランスPITについては、コアについてEER-35を選定して、ギャップGについては1.0mmのギャップ長を設定した。一次巻線N1及び二次巻線N2の各巻数(ターン数)Tについては、N1=63T、N2=25Tを選定した。この場合、一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1=403μH、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2=6μHである。絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktは、先にも述べたようにkt=0.57が設定される。
また、一次側並列共振コンデンサCrのキャパシタンスについてはCr=4300pFを選定した。この一次側並列共振コンデンサCrについてのキャパシタンス設定と、上記絶縁コンバータトランスPITの構造により得られる一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1とにより、一次側並列共振回路の共振周波数fo1=166.0kHzが設定される。また、二次側並列共振コンデンサC2のキャパシタンスについてはC2=0.047μFを選定しており、このキャパシタンス設定と、絶縁コンバータトランスPITの構造により得られる二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2とにより、二次側並列共振周波数fo2=110.5kHzが設定される。相対的には、fo1≒1.5×fo2の関係が得られているといえる。
対応負荷電力は、最大負荷電力Pomax=200W、最小負荷電力Pomin=0W(無負荷)とし、二次側直流出力電圧Eoの定格レベルは135Vとしている。
Here, as a practical example of the power supply circuit of the circuit configuration shown in FIG. 1, the main part is configured by setting as follows.
First, for the insulating converter transformer PIT, EER-35 was selected for the core, and a gap length of 1.0 mm was set for the gap G. As for the number of turns (number of turns) T of the primary winding N1 and the secondary winding N2, N1 = 63T and N2 = 25T were selected. In this case, the leakage inductance L1 of the primary winding N1 = 403 μH and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 = 6 μH. As described above, kt = 0.57 is set as the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT.
For the capacitance of the primary side parallel resonant capacitor Cr, Cr = 4300 pF was selected. The resonance frequency fo1 = 166.0 kHz of the primary side parallel resonance circuit is set by the capacitance setting for the primary side parallel resonance capacitor Cr and the leakage inductance L1 of the primary winding N1 obtained by the structure of the insulating converter transformer PIT. . Further, C2 = 0.047 μF is selected as the capacitance of the secondary parallel resonant capacitor C2, and the capacitance setting and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 obtained by the structure of the insulating converter transformer PIT The secondary parallel resonance frequency fo2 = 110.5 kHz is set. Relatively, it can be said that the relationship of fo1≈1.5 × fo2 is obtained.
The corresponding load power is the maximum load power Pomax = 200 W, the minimum load power Pomin = 0 W (no load), and the rated level of the secondary side DC output voltage Eo is 135V.

図5の波形図は、上記構成による図1の電源回路における要部の動作を、スイッチング素子Q1のスイッチング周期により示しており、図5(a)には、最大負荷電力Pomax=200Wの条件において、交流入力電圧VAC=100V時でのスイッチング電圧V1、スイッチング電流IQ1、一次巻線電流I1、交番電圧V2、二次巻線電流I2、二次側整流電流ID1が示される。また図5(b)には、同じく最大負荷電力Pomax=200Wの条件下、交流入力電圧VAC=230V時での上記各波形が示されている。   The waveform diagram of FIG. 5 shows the operation of the main part of the power supply circuit of FIG. 1 configured as described above by the switching cycle of the switching element Q1, and FIG. 5 (a) shows the maximum load power Pomax = 200W. The switching voltage V1, switching current IQ1, primary winding current I1, alternating voltage V2, secondary winding current I2, and secondary side rectified current ID1 when the AC input voltage VAC = 100V is shown. Further, FIG. 5B shows the above waveforms when the AC input voltage VAC = 230 V under the condition of the maximum load power Pomax = 200 W.

図5において、スイッチング電圧V1は、スイッチング素子Q1のドレイン−ソース間の電圧であり、スイッチング電流IQ1は、ドレイン側からスイッチング素子Q1(及びボディダイオードDD)に流れる電流となる。スイッチング電圧V1及びスイッチング電流IQ1によっては、スイッチング素子Q1のオン/オフタイミングが示される。1スイッチング周期は、スイッチング素子Q1がオンとなるべき期間TONと、オフとなるべき期間TOFFとに分けられ、スイッチング電圧V1は、期間TONにおいては0レベルで、期間TOFFにおいて共振パルスが得られる波形となる。このスイッチング電圧V1の共振パルスは、一次側スイッチングコンバータの動作が電圧共振形であることにより、正弦波状の共振波形として得られる。
なお、この場合、図5(a)に示す交流入力電圧VAC=100V時では、スイッチング電圧V1のピークレベル(V1−p)は660Vpとなっている。一方、図5(b)に示す交流入力電圧VAC=230V時ではV1−p=780Vpとなる。
In FIG. 5, a switching voltage V1 is a voltage between the drain and source of the switching element Q1, and a switching current IQ1 is a current that flows from the drain side to the switching element Q1 (and the body diode DD). The on / off timing of the switching element Q1 is indicated by the switching voltage V1 and the switching current IQ1. One switching cycle is divided into a period TON in which the switching element Q1 is to be turned on and a period TOFF in which the switching element Q1 is to be turned off. It becomes. The resonance pulse of the switching voltage V1 is obtained as a sinusoidal resonance waveform because the operation of the primary side switching converter is a voltage resonance type.
In this case, when the AC input voltage VAC = 100V shown in FIG. 5A, the peak level (V1-p) of the switching voltage V1 is 660Vp. On the other hand, when the AC input voltage VAC = 230 V shown in FIG. 5B, V1−p = 780 Vp.

スイッチング電流IQ1は、期間TOFFにおいては0レベルであり、この期間TOFFが終了して期間TONが開始されてターンオンタイミングに至ると、先ず、ボディダイオードDDを流れることで負極性の波形となり、続いてドレインからソースに流れることで正極性に反転する波形となる。このようなスイッチング電流IQ1の波形は、適正にZVSが行われていることを示している。
なお、図5(a)における交流入力電圧VAC=100V時、スイッチング電流IO1のピークレベルは3.8Apとなり、図5(b)に示す交流入力電圧VAC=230V時ではIQ1=4.0Apとなる。
The switching current IQ1 is 0 level in the period TOFF. When the period TON ends and the period TON starts and reaches the turn-on timing, first, the switching current IQ1 has a negative waveform by flowing through the body diode DD. The waveform reverses to the positive polarity by flowing from the drain to the source. Such a waveform of the switching current IQ1 indicates that ZVS is properly performed.
When the AC input voltage VAC = 100V in FIG. 5A, the peak level of the switching current IO1 is 3.8 Ap, and when the AC input voltage VAC = 230 V shown in FIG. 5B, IQ1 = 4.0 Ap. .

一次巻線電流I1は、一次巻線N1に流れる電流であり、スイッチング電流IQ1に流れる電流成分と一次側並列共振コンデンサCrに流れる電流とを合成したものとなる。一次巻線電流I1における期間TOFFの波形は、一次側並列共振コンデンサCrに流れる電流波形に対応している。   The primary winding current I1 is a current that flows through the primary winding N1, and is a combination of the current component that flows through the switching current IQ1 and the current that flows through the primary side parallel resonant capacitor Cr. The waveform of the period TOFF in the primary winding current I1 corresponds to the current waveform flowing in the primary side parallel resonant capacitor Cr.

二次巻線N2に交番電圧が誘起されることで、二次巻線電圧V2が正極性で一定以上のレベルとなる半周期の期間ごとに、整流ダイオードDo1が導通して、この導通期間内に整流電流ID1を流す。これに対応して、二次巻線電圧V2としては、二次巻線N2の誘起電圧レベルが整流ダイオードDo1に対して二次側直流出力電圧Eo以上のレベルの電圧となって整流ダイオードDo1を導通させている期間に対応しては、二次側直流出力電圧Eoによりクランプされ、整流ダイオードDo1が非導通となる期間は、二次側直流出力電圧Eo以下のレベルのエンベロープによる正弦波状となる。二次巻線電流I2は、整流電流ID1と、二次側並列共振コンデンサC2に流れる電流とが合成された波形として得られる。
図示するように、交流入力電圧VAC=100V時での二次側整流電流ID1のピークレベルは3.8Ap、交流入力電圧VAC=230V時での二次側整流電流ID1のピークレベルは4.2Apとなっている。
When the alternating voltage is induced in the secondary winding N2, the rectifier diode Do1 is turned on every half cycle in which the secondary winding voltage V2 is positive and at a certain level or higher. The rectified current ID1 is supplied to Correspondingly, as the secondary winding voltage V2, the induced voltage level of the secondary winding N2 becomes a voltage higher than the secondary side DC output voltage Eo with respect to the rectifying diode Do1, and the rectifying diode Do1 is set. Corresponding to the conducting period, it is clamped by the secondary side DC output voltage Eo, and the period in which the rectifier diode Do1 is non-conducting is a sine wave with an envelope of a level equal to or lower than the secondary side DC output voltage Eo. . The secondary winding current I2 is obtained as a waveform obtained by synthesizing the rectified current ID1 and the current flowing through the secondary side parallel resonant capacitor C2.
As shown in the figure, the peak level of the secondary side rectified current ID1 when the AC input voltage VAC = 100 V is 3.8 Ap, and the peak level of the secondary side rectified current ID1 when the AC input voltage VAC is 230 V is 4.2 Ap. It has become.

図6は、図1に示した電源回路についての実験結果として、負荷変動に対するAC→DC電力変換効率(ηAC→DC)、スイッチング周波数fs、期間TONと期間TOFFの時間長、及びスイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの変化特性を示している。
なお、後述もするように図1にて説明した本実施の形態の電源回路の構成によれば、AC100V系とAC200V系との双方の入力に対応して動作可能なワイドレンジ対応の構成が実現される。これに応じ図6では、交流入力電圧VAC=100V時の各特性を実線により示し、交流入力電圧VAC=230V時での各特性を破線によりそれぞれ示している。
FIG. 6 shows, as experimental results for the power supply circuit shown in FIG. 1, AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) with respect to load fluctuation, switching frequency fs, time length of period TON and period TOFF, and switching voltage V1. The change characteristic of the peak level V1-p is shown.
As will be described later, according to the configuration of the power supply circuit of the present embodiment described with reference to FIG. 1, a wide-range configuration capable of operating in accordance with both the AC100V system and AC200V system inputs is realized. Is done. Accordingly, in FIG. 6, each characteristic when the AC input voltage VAC = 100 V is indicated by a solid line, and each characteristic when the AC input voltage VAC = 230 V is indicated by a broken line.

図6において、先ずAC→DC電力変換効率(ηAC→DC)については、およそ重負荷の傾向となるのに従っては増加し、また交流入力電圧VACが高くなるのに応じては減少する傾向となっている。具体的に、この場合のAC→DC電力変換効率は、交流入力電圧VAC=230V時では、図示するように重負荷の傾向となるのに従っては増加する特性となる。但し、交流入力電圧VAC=100V時では、負荷電力Po=100W付近までの負荷電力Poの上昇に伴ってηAC→DCは同様に増加する傾向となるが、それ以上の負荷電力Poの上昇に応じては微少に減少傾向となる特性が得られている。換言すれば、交流入力電圧VAC=100V時では、最大負荷電力Pomax=200Wから負荷電力Po=100W付近までの負荷電力の低下に対し、AC→DC電力変換効率が増加する傾向となっているものである。   In FIG. 6, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) first increases as the load becomes heavy, and decreases as the AC input voltage VAC increases. ing. Specifically, the AC-to-DC power conversion efficiency in this case has a characteristic that increases as the load tends to be heavy as shown in the figure when the AC input voltage VAC = 230 V. However, when the AC input voltage VAC = 100 V, ηAC → DC tends to increase as the load power Po increases to near load power Po = 100 W, but in response to a further increase in load power Po. As a result, a characteristic that slightly decreases is obtained. In other words, when the AC input voltage VAC = 100 V, the AC → DC power conversion efficiency tends to increase as the load power decreases from the maximum load power Pomax = 200 W to the load power Po = 100 W. It is.

また、スイッチング周波数fsは、軽負荷の傾向となるのに応じて高くなっていく傾向で変化している。また、交流入力電圧VACの100V時と230V時との比較では、VAC=230V時の方がその値が高くなっていることがわかる。
これらのことは、この場合の定電圧制御動作が、軽負荷傾向及び交流入力電圧の上昇傾向に応じて二次側直流出力電圧Eoが上昇するのに応じてスイッチング周波数fsを高くする制御であることを示している。
Further, the switching frequency fs changes with a tendency to increase as the load becomes lighter. Further, when the AC input voltage VAC is 100V and 230V, the value is higher when VAC = 230V.
In these cases, the constant voltage control operation in this case is a control to increase the switching frequency fs as the secondary side DC output voltage Eo increases in accordance with the light load tendency and the AC input voltage increasing tendency. It is shown that.

また、図6において、期間TONの時間長は、軽負荷傾向となるに従って減少する。そしてこの場合、期間TOFFは、このような軽負荷傾向となるのに対しては若干ではあるが同様に減少傾向になる特性となる。
また、交流入力電圧VAC=100V時とVAC=230V時とを比較して、期間TONは交流入力電圧VAC=230V時の方が時間長が短く、また逆に期間TOFFは交流入力電圧VAC=230Vの方が時間長がわずかながら長くなる。
このことによると、図1の回路では、二次側直流出力電圧Eoの安定化にあたり、期間TOFFの時間長は負荷変動・交流入力電圧変動に対して若干変化するものとなるが、この場合も基本的には、主として期間TONの時間長が可変されるスイッチング周波数制御の動作となっていることが理解できる。
In FIG. 6, the time length of the period TON decreases as the light load tendency is reached. In this case, the period TOFF has a characteristic in which the light load tendency tends to decrease in a similar manner to the light load tendency.
Further, comparing the AC input voltage VAC = 100 V and VAC = 230 V, the period TON has a shorter time length when the AC input voltage VAC = 230 V, and conversely, the period TOFF has the AC input voltage VAC = 230 V. The time length is slightly longer.
According to this, in the circuit of FIG. 1, in stabilizing the secondary side DC output voltage Eo, the time length of the period TOFF slightly changes with respect to the load fluctuation and the AC input voltage fluctuation. Basically, it can be understood that the switching frequency control operation is mainly performed in which the time length of the period TON is variable.

また、図6において、スイッチング電圧V1のピークレベルV1−pは、交流入力電圧VACが100V時と230V時とで共に、重負荷の傾向となるに従って上昇する傾向となる。また、同じ負荷電力の条件においては、交流入力電圧VAC=230V時の方がその値が高くなっていることがわかる。   In FIG. 6, the peak level V1-p of the switching voltage V1 tends to increase as the load of the AC input voltage VAC increases at 100V and 230V as the load increases. It can also be seen that under the same load power condition, the value is higher when the AC input voltage VAC = 230V.

ここで、図6に示す各特性において、先ずスイッチング周波数fsの具体値としては、交流入力電圧VAC=100V時では、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの範囲に対応して、fs=100kHz〜135kHzで、Δfs=35.0kHzとなり、このスイッチング周波数の変化に対応する期間TON/TOFFは、TON=6.6μs〜4.7μs、TOFF=3.4μs〜2.9μsとなる。
また、交流入力電圧VAC=230V時では、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの範囲に対応して、fs=138kHz〜159kHzで、Δfs=21kHzとなり、このスイッチング周波数の変化に対応する期間TON/TOFFは、TON=3.8μs〜3.3μs、TOFF=3.5μs〜3.0μsとなる。
Here, in each characteristic shown in FIG. 6, the specific value of the switching frequency fs corresponds to the range of the maximum load power Pomax = 200 W to the minimum load power Pomin = 0 W when the AC input voltage VAC = 100 V. When fs = 100 kHz to 135 kHz, Δfs = 35.0 kHz, and the period TON / TOFF corresponding to the change of the switching frequency is TON = 6.6 μs to 4.7 μs and TOFF = 3.4 μs to 2.9 μs.
Also, when AC input voltage VAC = 230V, corresponding to the range of maximum load power Pomax = 200W to minimum load power Pomin = 0W, Δfs = 21kHz at fs = 138kHz-159kHz, corresponding to this change in switching frequency The period TON / TOFF to be performed is TON = 3.8 μs to 3.3 μs and TOFF = 3.5 μs to 3.0 μs.

また、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)については、最大負荷電力Pomax=200W時のAC→DC電力変換効率(ηAC→DC)として、交流入力電圧VAC=100V時ではηAC→DC=91.9%、交流入力電圧VAC=230V時ではηAC→DC=90.8%との測定結果が得られた。
また、この場合、特に交流入力電圧VAC=100V時での特性としては、上述のように最大負荷電力時から負荷電力Po=100W付近までの負荷電力の低下に伴って増加する傾向とされたことで、ηAC→DC=90%以上となる範囲が負荷電力Po=200W〜30W付近までとなる結果が得られた。
As for AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC), the maximum load power Pomax = 200 W when AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC), and when AC input voltage VAC = 100 V, ηAC → DC = 91 When the AC input voltage VAC = 230 V, the measurement result of ηAC → DC = 90.8% was obtained.
Further, in this case, the characteristic particularly when the AC input voltage VAC = 100 V is set to increase as the load power decreases from the maximum load power to around the load power Po = 100 W as described above. Thus, the result that the range where ηAC → DC = 90% or more is from the load power Po = 200 W to about 30 W was obtained.

また、スイッチング電圧V1のピークレベルV1−pについては、先の図5においても述べたように、最大負荷電力Pomax=200Wの条件下、交流入力電圧VAC=100V時ではV1−p=660Vp、交流入力電圧VAC=230V時ではV1−p=780Vpであった。   Further, as described in FIG. 5, the peak level V1-p of the switching voltage V1 is V1-p = 660Vp when the maximum input power Pomax = 200 W and the AC input voltage VAC = 100V. When the input voltage VAC = 230 V, V1−p = 780 Vp.

ここで、上記のような図1の電源回路の特性において、先ず、スイッチング周波数fsについての特性を、先の図13に示した従来の電源回路と比較してみる。
図13の電源回路では、交流入力電圧VAC=100Vの入力で、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの変動に対して、fs=117.6kHz〜208.3kHzで、Δfs=96.7kHzとされていた。
これに対して、図1の電源回路では、交流入力電圧VAC=100Vの入力で、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの変動に対して、fs=100kHz〜135kHzで、Δfs=35.0kHzとなっており、図13の電源回路の特性と比較して大幅に必要制御範囲が短縮されていることが分かる。さらに図1の電源回路では、交流入力電圧VAC=230Vの入力で、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの変動に対して、fs=138kHz〜159kHzで、Δfs=21kHzとなっており、この条件においても、必要制御範囲は、図13の電源回路の特性と比較して大幅な短縮が図られている。
Here, in the characteristics of the power supply circuit of FIG. 1 as described above, first, the characteristics regarding the switching frequency fs will be compared with the conventional power supply circuit shown in FIG.
In the power supply circuit of FIG. 13, with an input of AC input voltage VAC = 100 V, fs = 117.6 kHz to 208.3 kHz and Δfs = 96.7 kHz with respect to fluctuations of maximum load power Pomax = 200 W to minimum load power Pomin = 0 W. It had been.
On the other hand, in the power supply circuit of FIG. 1, when the input voltage is AC input voltage VAC = 100 V, fs = 100 kHz to 135 kHz and Δfs = 100 kHz to fluctuations of maximum load power Pomax = 200 W to minimum load power Pomin = 0 W. 35.0 kHz, and it can be seen that the required control range is greatly shortened compared to the characteristics of the power supply circuit of FIG. Further, in the power supply circuit of FIG. 1, with an input of AC input voltage VAC = 230 V, fs = 138 kHz to 159 kHz and Δfs = 21 kHz with respect to fluctuations of maximum load power Pomax = 200 W to minimum load power Pomin = 0 W. Even under this condition, the required control range is significantly shortened compared to the characteristics of the power supply circuit shown in FIG.

このような図1の電源回路のスイッチング周波数fsの特性は、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの対応負荷電力の条件で、AC100V系〜AC200V系の範囲(例えばVAC=85V〜264V)の商用交流電源入力に対応して安定化が可能な、いわゆるワイドレンジ対応が実現化されていることを示している。以下、この点について説明する。   The characteristics of the switching frequency fs of the power supply circuit of FIG. 1 are as follows: AC 100 V system to AC 200 V system range (for example, VAC = 85 V to under the condition of corresponding load power of maximum load power Pomax = 200 W to minimum load power Pomin = 0 W). H.264V) that can be stabilized in response to commercial AC power input, so-called wide-range compatibility is realized. Hereinafter, this point will be described.

先ず、図1に示す電源回路は、二次側並列共振回路を備える電圧共振形コンバータとしての基本構成を採っている。つまり、図1に示す電源回路は、絶縁コンバータトランスPITの電磁誘導を介して一次側と二次側にそれぞれ並列共振共振回路を備えている、といえる。このような構成を、一次側並列共振回路と二次側共振回路との関係によりみれば、スイッチング周波数fsに対応する周波数信号が入力される、電磁結合による結合形共振回路を形成しているものとして等価的にみることができる。
このようにして電磁結合形共振回路を含むとされる、図1の電源回路の二次側直流出力電圧Eoについての定電圧制御特性は、絶縁コンバータトランスPITの結合度(結合係数k)に応じて異なるものとなる。この点について図7を参照して説明する。
First, the power supply circuit shown in FIG. 1 has a basic configuration as a voltage resonance type converter including a secondary side parallel resonance circuit. That is, it can be said that the power supply circuit shown in FIG. 1 includes parallel resonant resonance circuits on the primary side and the secondary side via electromagnetic induction of the insulating converter transformer PIT. If such a configuration is seen from the relationship between the primary side parallel resonance circuit and the secondary side resonance circuit, a coupled resonance circuit by electromagnetic coupling is formed, to which a frequency signal corresponding to the switching frequency fs is input. Can be seen equivalently.
The constant voltage control characteristic for the secondary side DC output voltage Eo of the power supply circuit of FIG. 1 that includes the electromagnetically coupled resonance circuit in this way depends on the degree of coupling (coupling coefficient k) of the insulating converter transformer PIT. Will be different. This point will be described with reference to FIG.

図7は、上記した電磁結合形共振回路についての、入力(スイッチング周波数信号)に対する出力特性を示している。つまり、二次側直流出力電圧Eoについての制御特性をスイッチング周波数fsとの関係により示している。この図では、スイッチング周波数を横軸にとり、二次側直流出力電圧Eoのレベルを縦軸にとっている。
図1にて説明したように、本実施の形態としては、一次側直列共振回路の共振周波数fo1は、二次側並列共振回路の共振周波数fo2の約1.5倍程度となるように設定されているので、共振周波数fo1と共振周波数fo2とでは、共振周波数fo1のほうが高い周波数となる。
図7において、スイッチング周波数fsを示す横軸に対しては、共振周波数fo1,fo2を対応させて示しているが、この場合は上記の共振周波数fo1,fo2の関係に対応させて、共振周波数fo1のほうが共振周波数fo2よりも高くなるものとして示している。
FIG. 7 shows the output characteristics with respect to the input (switching frequency signal) for the above-described electromagnetically coupled resonance circuit. That is, the control characteristic for the secondary side DC output voltage Eo is shown by the relationship with the switching frequency fs. In this figure, the horizontal axis represents the switching frequency, and the vertical axis represents the level of the secondary side DC output voltage Eo.
As described in FIG. 1, in the present embodiment, the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit is set to be about 1.5 times the resonance frequency fo2 of the secondary side parallel resonance circuit. Therefore, the resonance frequency fo1 is higher than the resonance frequency fo1.
In FIG. 7, the horizontal axis indicating the switching frequency fs is shown corresponding to the resonance frequencies fo1 and fo2. In this case, the resonance frequency fo1 is set corresponding to the relationship between the resonance frequencies fo1 and fo2. This is shown as being higher than the resonance frequency fo2.

ここで、絶縁コンバータトランスPITの結合度について、総合結合係数kt=1となる密結合とされる状態を設定したとする。すると、この場合の一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1、及び二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2は、それぞれ、0であることになる。   Here, it is assumed that the coupling degree of the insulating converter transformer PIT is set to a tight coupling state where the total coupling coefficient kt = 1. In this case, the leakage inductance L1 of the primary winding N1 and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 are 0 respectively.

このようにして、絶縁コンバータトランスPITの一次側と二次側とが密結合とされる状態での定電圧制御特性としては、図7の特性曲線1として示すように、一次側直列共振回路の共振周波数fo1と二次側並列共振回路の共振周波数fo2とは異なる周波数f1、f2において二次側直流出力電圧Eoがピークとなる、いわゆる双峰特性となる。
ここで、周波数f1は、

Figure 2006271027
で表され、
周波数f2は、
Figure 2006271027
で表される。
また、上記(数1)(数2)における項の1つであるfoは、一次側直列共振回路の共振周波数fo1と、二次側並列共振回路の共振周波数fo2との中間に存在する中間共振周波数であり、1次側のインピーダンスと2次側のインピーダンスと、一次側と二次側とで共通となるインピーダンス(相互結合インダクタンスM)により決定される周波数である。
なお、相互結合インダクタンスMについては、
Figure 2006271027
により表される。 As described above, as a constant voltage control characteristic in a state where the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer PIT are tightly coupled, as shown as the characteristic curve 1 in FIG. The resonance frequency fo1 and the resonance frequency fo2 of the secondary side parallel resonance circuit have so-called bimodal characteristics in which the secondary side DC output voltage Eo peaks at frequencies f1 and f2.
Here, the frequency f1 is
Figure 2006271027
Represented by
The frequency f2 is
Figure 2006271027
It is represented by
Further, fo, which is one of the terms in the above (Equation 1) and (Equation 2), is an intermediate resonance that exists between the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the resonance frequency fo2 of the secondary side parallel resonance circuit. It is a frequency determined by the impedance on the primary side and the impedance on the secondary side, and the impedance (mutual coupling inductance M) that is common to the primary side and the secondary side.
For the mutual coupling inductance M,
Figure 2006271027
It is represented by

また、上記した総合結合係数ktについて、kt=1の状態から徐々に小さくしていったとする、つまり、密結合の状態から徐々に疎結合の度合いを高くしていったとすると、図7に示される特性曲線1は、双峰の傾向が徐々に希薄となって、中間共振周波数fo近傍で平坦化していくような変化を示す。そして、ある結合係数ktにまで低下した段階で、いわゆる臨界結合の状態となる。この臨界結合の状態では、特性曲線2として示すようにして、双峰特性としての傾向ではなくなっており、中間共振周波数foを中心として曲線形状が平坦となる特性となる。   Further, assuming that the total coupling coefficient kt is gradually decreased from the state of kt = 1, that is, when the degree of loose coupling is gradually increased from the tightly coupled state, it is shown in FIG. The characteristic curve 1 shows a change in which the bimodal tendency gradually diminishes and becomes flat near the intermediate resonance frequency fo. Then, when the coupling coefficient kt is lowered to a certain coupling coefficient kt, a so-called critical coupling state is obtained. In this critical coupling state, as shown by the characteristic curve 2, there is no tendency as a bimodal characteristic, and the curve shape becomes flat with the intermediate resonance frequency fo as the center.

そして、さらに、上記臨界結合の状態から結合係数ktを小さくしていって、疎結合の状態を強めていったとすると、図7の特性曲線3として示すように、中間周波数foにおいてのみピークとなる単峰特性が得られる。また、この特性曲線3と、特性曲線1,2とを比較してみると、特性曲線3は、ピークレベルそのものは特性曲線1,2より低下するものの、その二次関数的な曲線形状として、より急峻な傾斜を有していることが分かる。
本実施の形態の絶縁コンバータトランスPITは、結合係数kt≒0.6以下とされる疎結合の状態が設定されている。この結合係数ktの設定では、上記特性曲線3として示される単峰特性による動作となる。
Further, if the coupling coefficient kt is decreased from the critical coupling state and the loose coupling state is increased, the peak is obtained only at the intermediate frequency fo as shown by the characteristic curve 3 in FIG. Unimodal characteristics are obtained. Further, when comparing the characteristic curve 3 with the characteristic curves 1 and 2, the characteristic curve 3 has a peak level itself lower than that of the characteristic curves 1 and 2, but as a quadratic curve shape thereof, It can be seen that it has a steeper slope.
Insulating converter transformer PIT of the present embodiment is set in a loosely coupled state in which coupling coefficient kt≈0.6 or less. In the setting of the coupling coefficient kt, the operation is based on the single peak characteristic shown as the characteristic curve 3.

上記図7に示す単峰特性と、先に図17に示した従来の電源回路(図13)の定電圧制御特性とを実際に比較してみると、図17に示した特性は図7の特性に対して、二次関数的には相当に緩やかな傾斜となる。   When the unimodal characteristic shown in FIG. 7 is compared with the constant voltage control characteristic of the conventional power supply circuit (FIG. 13) shown in FIG. 17, the characteristic shown in FIG. For the characteristics, the slope is considerably gentler in terms of a quadratic function.

上記のようにして図17に示す特性が曲線的に緩やかであることから、二次側直流出力電圧Eoについて定電圧制御を行うためのスイッチング周波数の必要制御範囲は、例えば交流入力電圧VAC=100Vの入力による単レンジ対応の条件下であっても、fs=117.6kHz〜208.3kHzで、Δfs=96.7kHzとなる。このため、スイッチング周波数制御による定電圧制御のみによって、ワイドレンジ対応とすることが非常に困難であることは、先に説明したとおりである。   As described above, since the characteristic shown in FIG. 17 is gentle in a curve, the necessary control range of the switching frequency for performing constant voltage control on the secondary side DC output voltage Eo is, for example, AC input voltage VAC = 100V. Even under the condition corresponding to a single range by the input of fs = 117.6 kHz to 208.3 kHz, Δfs = 96.7 kHz. For this reason, as described above, it is very difficult to achieve a wide range only by constant voltage control by switching frequency control.

これに対して、本実施の形態の定電圧制御特性としては、上記図7の特性曲線3により示される単峰特性であることで、定電圧制御動作としては、例えば図8に示すものとなる。
図8においては、図1に示す本実施の形態の電源回路についての、交流入力電圧VAC=100V時(AC100V系)における最大負荷電力Pomax時、最小負荷電力Pomin時の各特性曲線A,Bと、交流入力電圧VAC=230V時(AC200V系)における最大負荷電力Pomax時、最小負荷電力Pomin時の各特性曲線C,Dとの、4つの特性曲線が示されている。
On the other hand, the constant voltage control characteristic of the present embodiment is a single peak characteristic indicated by the characteristic curve 3 in FIG. 7, and the constant voltage control operation is, for example, as shown in FIG. .
In FIG. 8, the characteristic curves A and B at the maximum load power Pomax and the minimum load power Pomin when the AC input voltage VAC = 100 V (AC 100 V system) for the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. Four characteristic curves are shown, which are characteristic curves C and D at the maximum load power Pomax and at the minimum load power Pomin when the AC input voltage VAC = 230 V (AC 200 V system).

この図8から分かるように、先ず、AC100V系の入力に対応する交流入力電圧VAC=100V時において、二次側直流出力電圧Eoを所要の定格レベルtgで定電圧化するために必要となるスイッチング周波数の可変制御範囲(必要制御範囲)は、Δfs1で示されることになる。つまり、特性曲線Aにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fsから、特性曲線Bにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fsまでの周波数範囲となる。
また、AC200V系の入力に対応する交流入力電圧VAC=230V時において、二次側直流出力電圧Eoを所要の定格レベルtgで定電圧化するために必要となるスイッチング周波数の可変制御範囲(必要制御範囲)は、Δfs2で示される。つまり、特性曲線Cにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fsから、特性曲線Dにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fsまでの周波数範囲となる。
As can be seen from FIG. 8, first, when the AC input voltage VAC = 100 V corresponding to the AC 100 V system input, the switching required for making the secondary side DC output voltage Eo constant at the required rated level tg. The frequency variable control range (necessary control range) is indicated by Δfs1. That is, the frequency range is from the switching frequency fs at level tg in the characteristic curve A to the switching frequency fs at level tg in the characteristic curve B.
In addition, when the AC input voltage VAC = 230 V corresponding to the AC 200 V system input, the variable control range (necessary control) of the switching frequency necessary for making the secondary side DC output voltage Eo constant at the required rated level tg. (Range) is indicated by Δfs2. That is, the frequency range is from the switching frequency fs at level tg in the characteristic curve C to the switching frequency fs at level tg in the characteristic curve D.

前述したように、本実施の形態における二次側直流出力電圧Eoの制御特性である単峰特性は、先に図17に示した制御特性と比較して、二次関数曲線的に相当に急峻である。
このために、上記した交流入力電圧VAC=100V時、VAC=230V時の各必要制御範囲となるΔfs1、Δfs2は、図17に示されるΔfsと比較して相当に縮小されたものとなる。
また、これにより、Δfs1における最低スイッチング周波数(特性曲線Aにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fs)から、Δfs2における最高スイッチング周波数(特性曲線Aにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fs)までの周波数可変範囲(ΔfsA)としても、相応に狭いものとなる。
確認のために、図1の電源回路において測定されたΔfs1、Δfs2、ΔfsAの実際は、それぞれ、
Δfs1=35kHz(=135kHz−100kHz)
Δfs2=21kHz(=159kHz−138kHz)
ΔfsA≒59 kHz(=159kHz−100kHz)
となる。
As described above, the unimodal characteristic that is the control characteristic of the secondary side DC output voltage Eo in the present embodiment is considerably steep in a quadratic function curve as compared with the control characteristic shown in FIG. It is.
For this reason, Δfs1 and Δfs2 that are required control ranges when the AC input voltage VAC = 100 V and VAC = 230 V are considerably reduced as compared with Δfs shown in FIG.
This also changes the frequency variable range (ΔfsA) from the lowest switching frequency at Δfs1 (switching frequency fs at level tg in characteristic curve A) to the highest switching frequency at Δfs2 (switching frequency fs at level tg in characteristic curve A). ) Will be correspondingly narrow.
For confirmation, the actual Δfs1, Δfs2, and ΔfsA measured in the power supply circuit of FIG.
Δfs1 = 35kHz (= 135kHz-100kHz)
Δfs2 = 21kHz (= 159kHz−138kHz)
ΔfsA ≒ 59 kHz (= 159kHz-100kHz)
It becomes.

そして、上記周波数可変範囲ΔfsAとしては、現状におけるスイッチング駆動用IC(発振・ドライブ回路2)が対応するスイッチング周波数の可変範囲内に充分に収まるものとなっている。つまり、図1に示す電源回路では、スイッチング周波数について、現実に、周波数可変範囲ΔfsAで可変制御することが可能とされている。
このようにして、図1に示す本実施の形態の電源回路は、AC100V系とAC200V系の何れの商用交流電源入力にも対応して、適正にメイン直流電源である二次側直流出力電圧Eoを安定化可能とされている。つまり、スイッチング周波数制御のみによって、ワイドレンジ対応を可能としている。
The frequency variable range ΔfsA is sufficiently within the variable range of the switching frequency corresponding to the current switching drive IC (oscillation / drive circuit 2). That is, in the power supply circuit shown in FIG. 1, the switching frequency can be actually variably controlled within the frequency variable range ΔfsA.
In this way, the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 1 is suitable for any AC 100 V system or AC 200 V system commercial AC power input, and the secondary side DC output voltage Eo that is a proper main DC power supply. Can be stabilized. In other words, wide range support is possible only by switching frequency control.

ちなみに、電磁結合による結合形共振回路は、例えば中間周波トランス増幅器などのようにして、通信技術において、トランジスタによる増幅回路の増幅帯域幅を拡大するための手法として既に知られてはいる。しかしながら、このような分野では、密結合での双峰特性、或いは臨界結合での平担特性を用いているものであり、疎結合での単峰特性は用いられてはいない。本実施の形態では、このような電磁結合による結合形共振回路の技術において、通信技術の分野では採用されていなかった疎結合での単峰特性を、共振形スイッチングコンバータの分野において積極的に用いている、ということがいえる。これにより、上記のようにして、二次側直流出力電圧Eoを安定化するために必要なスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)を縮小し、スイッチング周波数制御での定電圧制御のみによるワイドレンジ対応を可能としているものである。   Incidentally, a coupled resonance circuit using electromagnetic coupling is already known as a technique for expanding the amplification bandwidth of an amplifier circuit using a transistor, for example, as an intermediate frequency transformer amplifier. However, in such a field, the bimodal characteristic in the tight coupling or the flat characteristic in the critical coupling is used, and the single peak characteristic in the loose coupling is not used. In the present embodiment, in such a coupled resonant circuit technology using electromagnetic coupling, a single-peak characteristic with loose coupling that has not been employed in the field of communication technology is actively used in the field of resonant switching converters. It can be said that. As a result, as described above, the variable range (necessary control range) of the switching frequency necessary for stabilizing the secondary side DC output voltage Eo is reduced, and the wide range only by the constant voltage control in the switching frequency control. This is possible.

一般的に、絶縁コンバータトランスPITの一次側と二次側との間の疎結合の度合いを高くしていくのに応じては、絶縁コンバータトランスPITにおける電力損失(渦電流損)が増加する傾向となり、電力変換効率もその分低下していくことになる。しかしながら、本実施の形態としては、後述するようにして、実用上充分な電力変換効率の特性を得ている。これは、二次側に対しても共振回路(二次側並列共振回路)を形成していることによる。
すなわち、二次側並列共振回路を備えることで、その共振動作により得られるエネルギーの増加分を含めて二次側直流出力電圧Eoとしての電力を供給可能となるものであり、疎結合とされたことによる電力変換効率の低下を補償しているものである。
Generally, as the degree of loose coupling between the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer PIT is increased, the power loss (eddy current loss) in the insulating converter transformer PIT tends to increase. As a result, the power conversion efficiency also decreases accordingly. However, in the present embodiment, as will be described later, a practically sufficient power conversion efficiency characteristic is obtained. This is because a resonance circuit (secondary parallel resonance circuit) is also formed on the secondary side.
That is, by providing the secondary side parallel resonance circuit, it is possible to supply power as the secondary side DC output voltage Eo including the increase in energy obtained by the resonance operation, and the coupling is loosely coupled. This compensates for a decrease in power conversion efficiency.

また、上記のようにして、AC100V系とAC200V系の各商用交流電源入力の条件の下で、定電圧制御のためのスイッチング周波数fsの必要制御範囲(Δfs)が縮小されることによっては、定電圧制御の応答性、制御感度も大幅に改善されることになる。
電子機器においては、負荷電力Poについて、いわゆるスイッチング負荷といわれる、最大と無負荷とで比較的高速にスイッチングする(切り替わる)ようにして変動させるような動作を行うものがある。このようなスイッチング負荷としての動作を行う機器として、例えば、パーソナルコンピュータの周辺機器であるプリンタを挙げることができる。
このようなスイッチング負荷としての動作が行われる機器に対して、例えば図13に示したような必要制御範囲Δfsが比較的広範な電源回路を搭載した場合には、前述もしたように、急峻な負荷電力の変化に追随して相応に多くの変化量によるスイッチング周波数fsの可変制御を行うことになる。このために、高速な定電圧制御の応答性を得ることが困難とされていた。
これに対して、本実施の形態では、特に単レンジごとの領域で必要制御範囲Δfsが大幅に縮小されていることから、負荷電力Poの最大と無負荷とでの急峻な変動に対して、高速に応答して二次側直流電圧Eoを安定化することが可能である。つまり、スイッチング負荷に対する定電圧制御の応答性能としては大幅に向上している。
In addition, as described above, the necessary control range (Δfs) of the switching frequency fs for constant voltage control is reduced under the conditions of AC 100 V system and AC 200 V system commercial AC power input. The responsiveness and control sensitivity of voltage control will be greatly improved.
Some electronic devices perform an operation of changing the load power Po so as to be switched (switched) at a relatively high speed between a maximum and no load, which is a so-called switching load. An example of a device that performs such an operation as a switching load is a printer that is a peripheral device of a personal computer.
When a power supply circuit having a relatively wide required control range Δfs as shown in FIG. 13 is mounted on a device that operates as such a switching load, for example, as described above, the device has a steep Following the change of the load power, the switching frequency fs is variably controlled by a correspondingly large amount of change. For this reason, it has been difficult to obtain high-speed constant voltage control response.
On the other hand, in the present embodiment, since the necessary control range Δfs is greatly reduced particularly in the region for each single range, with respect to the steep fluctuation between the maximum load power Po and no load, It is possible to stabilize the secondary side DC voltage Eo in response to high speed. That is, the response performance of the constant voltage control with respect to the switching load is greatly improved.

ところで、本実施の形態においては、上記のようにして総合結合係数ktについて、従来よりもさらに低い値に設定するものとしているが、このことによっては、スイッチング電圧V1のピークレベルの上昇が抑えられるという実験結果が得られた。この点について以下説明する。
先ず、スイッチング電圧V1のピークレベルV1−pは、
V1−p=Ei{(1+π/2)×(TON/TOFF)}
により表される。
この式より、ピークレベルV1−pは、整流平滑電圧(直流入力電圧)Eiの上昇(すなわちこの場合は交流入力電圧VACの上昇)に応じて上昇することが理解できる。また、これと共に「TON/TOFF」の値の上昇、すなわち1スイッチング周期内の期間TONの占める割合の増加に伴っても上昇することが理解できる。
By the way, in the present embodiment, the total coupling coefficient kt is set to a value lower than the conventional value as described above. However, this suppresses an increase in the peak level of the switching voltage V1. The experimental results were obtained. This point will be described below.
First, the peak level V1-p of the switching voltage V1 is
V1−p = Ei {(1 + π / 2) × (TON / TOFF)}
It is represented by
From this equation, it can be understood that the peak level V1-p increases as the rectified smoothing voltage (DC input voltage) Ei increases (that is, in this case, the AC input voltage VAC increases). In addition, it can be understood that the value increases as the value of “TON / TOFF” increases, that is, as the ratio of the period TON in one switching cycle increases.

先の図6の特性図より、「TON/TOFF」の値は、重負荷の条件となるに従って高くなり、最大負荷電力Pomax=200W時で最大となることがわかる。また、上記もしているようにピークレベルV1−pの値は交流入力電圧VACの上昇に伴って上昇するので、これらのことよりピークレベルV1−pの値は、交流入力電圧VAC及び負荷電力Poが最大となるときに最大値となることが理解できる。   From the characteristic diagram of FIG. 6, it can be seen that the value of “TON / TOFF” increases as the heavy load condition is reached, and becomes maximum at the maximum load power Pomax = 200 W. Since the value of the peak level V1-p increases as the AC input voltage VAC rises as described above, the value of the peak level V1-p depends on the AC input voltage VAC and the load power Po. It can be understood that the maximum value is obtained when becomes the maximum.

ここで、上記のようにしてピークレベルV1−pが負荷電力に応じて上昇する特性に着目すれば、図6に示した負荷変動に対する期間TONと期間TOFFの特性として、期間TOFFに対する期間TONの時間長がより少なくなれば、上記した「TON/TOFF」の値が小さくなるようにされ、この結果ピークレベルV1−pの上昇を抑制することができる。
特に、ピークレベルV1−pは最大交流入力電圧時に最大値となるので、ピークレベルV1−pの最大値側の抑制を図るにあたっては、図6中に破線により示すような最大交流入力電圧側での期間TONと期間TOFFの特性として、期間TONの割合がより小さくなる特性が得られればよい。
Here, if attention is paid to the characteristic that the peak level V1-p increases according to the load power as described above, the characteristic of the period TON with respect to the period TOFF is shown as the characteristic of the period TON and the period TOFF with respect to the load fluctuation shown in FIG. If the time length is further reduced, the above-described “TON / TOFF” value is decreased, and as a result, an increase in the peak level V1-p can be suppressed.
In particular, since the peak level V1-p has a maximum value at the maximum AC input voltage, in order to suppress the peak value V1-p on the maximum value side, on the maximum AC input voltage side as indicated by a broken line in FIG. As a characteristic of the period TON and the period TOFF, it is only necessary to obtain a characteristic in which the ratio of the period TON becomes smaller.

実験の結果、図1の構成において絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktの値を従来よりも低下させていくと、このような負荷変動に対する期間TONと期間TOFFの特性として、特に最大交流入力電圧側(この場合はワイドレンジ対応の構成であるのでAC200V系の入力時)で得られる特性において、期間TOFFと期間TONとの時比率の変化が大きくなり、その結果1スイッチング周期内の期間TONの占める割合が小さくなっていくという結果が得られた。すなわち、このように総合結合係数ktの値をより低く設定していくことで、特に最大交流入力電圧側で上記のような「TON/TOFF」の値をより小さくできるという結果が得られたものである。
このようにして、特に最大交流入力電圧側で「TON/TOFF」の値がより小さくなる特性が得られることで、最大交流入力電圧の入力時での「TON/TOFF」の値としてもより小さくなるようにされる。そして、このように最大交流入力電圧の入力時での「TON/TOFF」の値がより小さくなることで、スイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの最大値としてもこれに伴って低下することになる。
As a result of the experiment, when the value of the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT in the configuration of FIG. In the characteristics obtained on the side (in this case, the AC 200V system is input because of the wide range configuration), the change in the time ratio between the period TOFF and the period TON becomes large, and as a result, the period TON within one switching cycle The result was that the proportion of the share decreased. That is, by setting the value of the total coupling coefficient kt lower in this way, the result that the value of “TON / TOFF” as described above can be further reduced particularly on the maximum AC input voltage side is obtained. It is.
In this way, since the characteristic that the value of “TON / TOFF” becomes smaller especially on the maximum AC input voltage side is obtained, the value of “TON / TOFF” when the maximum AC input voltage is input is also smaller. To be. As the value of “TON / TOFF” at the time of inputting the maximum AC input voltage becomes smaller in this way, the maximum value of the peak level V1-p of the switching voltage V1 is also lowered accordingly. Become.

このようにして結合係数ktの値を低下させたことに伴って、ピークレベルV1−pの最大値の抑制が図られることになる。
スイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの最大値の抑制が図られれば、その分スイッチング素子Q1に印加される電圧レベルも低減されるので、これによってスイッチング素子Q1としてはより低耐圧な部品を選定することができる。
より低耐圧な部品が選定できれば、素子サイズとしても小型となり、よって回路面積の削減を図ることができる。さらに、部品コストとしてもより低コストとなるのでこれに伴う回路製造コストの削減も図られる。
As the value of the coupling coefficient kt is lowered in this way, the maximum value of the peak level V1-p is suppressed.
If the maximum value of the peak level V1-p of the switching voltage V1 is suppressed, the voltage level applied to the switching element Q1 is also reduced accordingly, so that a part having a lower withstand voltage is selected as the switching element Q1. can do.
If a component with a lower breakdown voltage can be selected, the element size can be reduced, and the circuit area can be reduced. Further, since the component cost is lower, the circuit manufacturing cost can be reduced accordingly.

ここで、本実施の形態としては、総合結合係数ktとしてkt=0.57を設定しているが、このような総合結合係数ktの設定によって、この場合はスイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの最大値(最大交流入力電圧及び最大負荷電力時:この場合はVAC=264V・Po=200W時)を850Vpにまで抑制することができる。
このようなピークレベルV1−pの最大値とされたことで、この場合のスイッチング素子Q1としては900Vの耐圧品を使用することができる。
Here, in the present embodiment, kt = 0.57 is set as the total coupling coefficient kt. However, according to the setting of the total coupling coefficient kt, in this case, the maximum peak level V1-p of the switching voltage V1 is set. The value (at the time of maximum AC input voltage and maximum load power: in this case VAC = 264V · Po = 200 W) can be suppressed to 850 Vp.
With the maximum value of the peak level V1-p, a 900V withstand voltage product can be used as the switching element Q1 in this case.

ところで、図1に示した電源回路における電力変換効率(ηAC→DC)の特性に関しては、図6の説明において、交流入力電圧VAC=100V時に負荷電力Po=200W〜30W付近までの広範囲でηAC→DC=90%以上となると述べた。この特性と、図16に示した同じ交流入力電圧VAC=100V時での図13の回路の場合での特性を比較すると、図13の回路の場合では、ηAC→DC=90%以上となる範囲は負荷電力Po=200W〜75Wまでとされていた。
すなわち、これによれば、図1の電源回路ではηAC→DC=90%以上となる範囲が従来よりも拡大されたものとなっている。そして、このことは、その分従来よりも良好な電力変換効率特性が得られていることを意味している。
By the way, regarding the characteristics of the power conversion efficiency (ηAC → DC) in the power supply circuit shown in FIG. 1, in the description of FIG. 6, ηAC → in a wide range from the load power Po = 200 W to about 30 W when the AC input voltage VAC = 100 V. DC = 90% or more. When this characteristic is compared with the characteristic in the case of the circuit of FIG. 13 at the same AC input voltage VAC = 100 V shown in FIG. 16, the range of ηAC → DC = 90% or more in the case of the circuit of FIG. The load power Po = 200 W to 75 W.
That is, according to this, in the power supply circuit of FIG. 1, the range where ηAC → DC = 90% or more is expanded as compared with the prior art. This means that better power conversion efficiency characteristics than the conventional ones are obtained.

このようにして良好な電力変換効率が得られていることの理由としては、上記しているように、二次側共振回路を備えることで電力変換効率の低下を補償したことも要因の1つであるが、本実施の形態においては、一次側並列共振回路と二次側並列共振回路の各共振周波数fo1,fo2の設定が大きな要因となっている。上記したような本実施の形態の負荷条件に対する電力変換効率特性は、最終的には、共振周波数fo1,fo2の調整により得られたものである。つまり、共振周波数fo1,fo2について各種設定を行って実験を行い、前述した、fo1=166.0kHz、fo2=110.5kHzを設定したことで、最終的に得られた特性である。この共振周波数fo1、fo2について、従来との比較を行ってみると、図13に示す電源回路では、fo1=175.0kHz、fo2=164.0kHzであり、その大小関係はfo1>fo2で同様であるが、各周波数の値と、これに伴う周波数差が異なったものとなっている。共振周波数fo1,fo2の各周波数値としては、従来と比較して低減されており、その周波数差としても大きく拡大されている。   As described above, the reason why a good power conversion efficiency is obtained in this way is that the reduction of the power conversion efficiency is compensated by providing the secondary side resonance circuit as described above. However, in this embodiment, the setting of the resonance frequencies fo1 and fo2 of the primary side parallel resonance circuit and the secondary side parallel resonance circuit is a major factor. The power conversion efficiency characteristics with respect to the load conditions of the present embodiment as described above are finally obtained by adjusting the resonance frequencies fo1 and fo2. That is, the characteristics are finally obtained by performing various settings for the resonance frequencies fo1 and fo2 and performing experiments and setting fo1 = 166.0 kHz and fo2 = 110.5 kHz as described above. Comparing the resonance frequencies fo1 and fo2 with the prior art, in the power supply circuit shown in FIG. 13, fo1 = 175.0 kHz and fo2 = 164.0 kHz, and the magnitude relationship is the same when fo1> fo2. The value of each frequency is different from the frequency difference associated therewith. Respective frequency values of the resonance frequencies fo1 and fo2 are reduced as compared with the conventional case, and the frequency difference is greatly expanded.

上記のようにして共振周波数fo1,fo2を設定したことで電力変換効率が向上したことの理由の1つとしては、次のことを挙げることができる。図5(a)と図15(a)の同じ交流入力電圧VAC=100V時でのスイッチング電流IQ1を比較して分かるように、本実施の形態に対応する図5(a)のスイッチング電流IQ1の波形は、スイッチング素子Q1のオン期間TONが終了してオフ期間TOFFに遷移するターンオフ以前のタイミングで、3.8Apのピークレベルが得られる波形となっている。そして、ターンオフタイミングに至るとこのピークレベルよりも低下したレベルとなっている。
このようなスイッチング電流IQ1の波形は、二次巻線電流I2の波形が影響している。つまり、二次側並列共振回路に流れる電流に応じた波形成分を持っている。二次巻線電流I2の波形は、共振周波数fo1に対する共振周波数fo2の設定によって決まる。
このことから、図1に示す電源回路のスイッチング電流IQ1の波形は、一次側並列共振回路と二次並列共振回路の各共振周波数fo1,fo2のしかるべき設定により得られているものである、ということになる。
図5(a)に示されるスイッチング電流IQ1の波形は、ターンオフ時におけるスイッチング電流IQ1のレベルが抑制されているということを意味する。ターンオフ時のスイッチング電流IQ1のレベルが抑制されれば、その分、ターンオフ時のスイッチング損失、導通損は低減されることになる。
また、本実施の形態の電源回路では、上記のようにしてスイッチング電流IQ1の波形がターンオフ時にピークレベルより低下することに対応して、図5(a)に示すように、二次側整流電流ID1についても同様にして、ターンオフ時のレベルが抑制された波形となる。なお、従来の電源回路では、図15(a)に示されるようにして、ターンオフ時においてピークレベルが得られている。このようにして、整流ダイオードDo1におけるスイッチング損失、導通損も低減されることとなる。
このようなスイッチング素子、整流素子のスイッチング損失、導通損の低減が、本実施の形態の電源回路について高電力変換効率特性が得られていることの主たる要因となっている。
One of the reasons why the power conversion efficiency is improved by setting the resonance frequencies fo1 and fo2 as described above is as follows. As can be seen by comparing the switching current IQ1 at the same AC input voltage VAC = 100 V in FIGS. 5A and 15A, the switching current IQ1 of FIG. 5A corresponding to this embodiment is shown. The waveform is such that a peak level of 3.8 Ap can be obtained at the timing before the turn-off when the ON period TON of the switching element Q1 ends and transitions to the OFF period TOFF. When the turn-off timing is reached, the level is lower than the peak level.
The waveform of the switching current IQ1 is influenced by the waveform of the secondary winding current I2. That is, it has a waveform component corresponding to the current flowing in the secondary parallel resonant circuit. The waveform of the secondary winding current I2 is determined by the setting of the resonance frequency fo2 with respect to the resonance frequency fo1.
Therefore, the waveform of the switching current IQ1 of the power supply circuit shown in FIG. 1 is obtained by appropriate setting of the resonance frequencies fo1 and fo2 of the primary side parallel resonance circuit and the secondary parallel resonance circuit. It will be.
The waveform of the switching current IQ1 shown in FIG. 5 (a) means that the level of the switching current IQ1 at the time of turn-off is suppressed. If the level of the switching current IQ1 at the time of turn-off is suppressed, the switching loss and the conduction loss at the time of turn-off are reduced correspondingly.
Further, in the power supply circuit of the present embodiment, as shown in FIG. 5A, the secondary side rectified current corresponds to the fact that the waveform of the switching current IQ1 falls below the peak level at the time of turn-off as described above. Similarly, ID1 has a waveform in which the level at turn-off is suppressed. In the conventional power supply circuit, as shown in FIG. 15A, a peak level is obtained at the time of turn-off. In this way, the switching loss and conduction loss in the rectifier diode Do1 are also reduced.
Such a reduction in switching loss and conduction loss of the switching element and the rectifying element is a main factor in obtaining high power conversion efficiency characteristics for the power supply circuit of the present embodiment.

なお、ここでは、図5に示した負荷電力Po=200W時の波形図を例示して説明しているが、実際には、上記により説明したものと同様のピークレベル抑制効果が、特に負荷電力Po=25W〜100W付近でより顕著に現れていることで、この負荷範囲での効率向上が図られていると考えられる。そして、これによって上述のように図13の回路との比較でηAC→DC=90%以上の範囲の拡大が図られているものである。   Here, the waveform diagram at the time of the load power Po = 200 W shown in FIG. 5 is illustrated and described, but actually, the peak level suppression effect similar to that described above is particularly the load power. It is thought that the efficiency improvement in this load range is aimed at by having appeared more prominently around Po = 25W-100W. As a result, as described above, the range of ηAC → DC = 90% or more is expanded in comparison with the circuit of FIG.

以上のようにして、本実施の形態のスイッチング電源回路では、一次側並列共振回路に対し二次側並列共振回路を組み合わせた電圧共振形コンバータとして、絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktについて疎結合とみなされる所定の値にまで低下させたことで、スイッチング周波数の可変制御のみによるワイドレンジ対応化を図ることができる。
また、上述したようにして一次側並列共振回路、二次側並列共振回路の各共振周波数fo1、fo2の設定によって、電力変換効率のさらなる向上が図られている。
As described above, in the switching power supply circuit according to the present embodiment, the overall coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT is loosely coupled as a voltage resonant converter in which the secondary parallel resonant circuit is combined with the primary parallel resonant circuit. As a result, it is possible to achieve a wide range only by variable control of the switching frequency.
Further, as described above, the power conversion efficiency is further improved by setting the resonance frequencies fo1 and fo2 of the primary side parallel resonance circuit and the secondary side parallel resonance circuit.

また、本実施の形態では、上記のようにして総合結合係数ktが疎結合とされる所定の値にまで低下されたことに伴って、特に最大交流入力電圧側でのオン期間TONの割合が低下してスイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの上昇が抑えられ、これによってスイッチング素子Q1の耐圧レベルの低下が図られる。このとき、総合結合係数ktとして上述したkt=0.57までに低下させることで、ピークレベルV1−pの最大値が850Vp程度に抑制され、これによってスイッチング素子Q1としては900Vの耐圧品を選定することができる。   Further, in the present embodiment, as the total coupling coefficient kt is reduced to a predetermined value that is loosely coupled as described above, the ratio of the ON period TON particularly on the maximum AC input voltage side is reduced. As a result, the peak level V1-p of the switching voltage V1 is suppressed from increasing, and the breakdown voltage level of the switching element Q1 is thereby reduced. At this time, the maximum value of the peak level V1-p is suppressed to about 850 Vp by reducing the total coupling coefficient kt to the above-described kt = 0.57, whereby a 900 V withstand voltage product is selected as the switching element Q1. Can do.

そして、このようなワイドレンジ対応化、高効率化、及びスイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの抑制効果を実現するための基本構成としては、二次側並列共振回路を備える電圧共振形コンバータ(例えば従来の図13の構成)に対し、少なくとも絶縁コンバータトランスPITを所要以下の総合結合係数ktが得られる構造とすればよいものであり、従って、部品点数の増加などによるコストアップ、回路の大型化、重量増加などを伴うことなくこれを実現できるというメリットもある。   As a basic configuration for realizing such wide-range compatibility, high efficiency, and the effect of suppressing the peak level V1-p of the switching voltage V1, a voltage resonance type converter including a secondary side parallel resonance circuit ( For example, in contrast to the conventional configuration shown in FIG. 13, it is sufficient that at least the insulating converter transformer PIT has a structure capable of obtaining a total coupling coefficient kt below the required level. Therefore, the cost increases due to an increase in the number of parts and the circuit becomes large. There is also a merit that this can be realized without increasing the weight or increasing the weight.

また、上記のような比較的低い結合係数の値に低下させるにあたって、本実施の形態では絶縁コンバータトランスPITを先の図2或いは図4に示す構造とすることで、ギャップGの拡大を伴わずにこれを実現することができる。すなわち、これにより従来よりも低い結合係数の設定にあたっては、ギャップGを拡大する必要はないものとでき、ギャップGの拡大に伴う渦電流損失による効率低下を有効に防止できる。   In order to reduce the coupling coefficient to a relatively low value as described above, in this embodiment, the insulating converter transformer PIT has the structure shown in FIG. This can be achieved. In other words, it is not necessary to enlarge the gap G when setting a coupling coefficient lower than that of the prior art, and it is possible to effectively prevent a decrease in efficiency due to eddy current loss accompanying the enlargement of the gap G.

続いて、以下の図9〜図12では、本実施の形態の電源回路の変形例として、二次側整流回路のバリエーションについて説明する。
先ず、図9は、第1の変形例としての電源回路の構成を示している。
なお、この図9から以降の図12までにおいては、絶縁コンバータトランスPIT、及び二次側整流回路のみが示されている。これら以外の他の部分については、図1と同様であるとして、改めての図示は省略している。また、この図9〜図12において、図1と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
Next, in FIGS. 9 to 12 below, variations of the secondary side rectifier circuit will be described as modifications of the power supply circuit of the present embodiment.
First, FIG. 9 shows a configuration of a power supply circuit as a first modification.
9 to the following FIG. 12, only the insulating converter transformer PIT and the secondary side rectifier circuit are shown. Other parts other than these are the same as those in FIG. 1 and are not shown again. 9 to 12, the same parts as those in FIG.

この図9に示す電源回路においても、二次巻線N2に対して並列に二次側並列共振コンデンサC2を接続することで二次側並列共振回路を形成する。そのうえで、二次側整流回路として、ブリッジ全波整流回路が備えられる。このブリッジ全波整流回路は、4本の整流ダイオードDo1,Do2,Do3,Do4によりブリッジ整流回路を形成したうえで、このブリッジ整流回路と平滑コンデンサCoとを図示するようにして接続して形成される。
このようにして形成されるブリッジ全波整流回路では、二次巻線N2の誘起電圧の半周期ごとに、整流ダイオードDo1,Do4が導通して平滑コンデンサCoに充電する動作と、整流ダイオードDo2,Do3が導通して平滑コンデンサCoに充電する動作とが交互に得られる。これにより、平滑コンデンサCoの両端電圧としては、二次巻線N2の誘起電圧レベルの等倍に対応するレベルの二次側直流出力電圧Eoが得られる。
Also in the power supply circuit shown in FIG. 9, a secondary side parallel resonant circuit is formed by connecting a secondary side parallel resonant capacitor C2 in parallel to the secondary winding N2. In addition, a bridge full-wave rectifier circuit is provided as a secondary rectifier circuit. This bridge full-wave rectifier circuit is formed by forming a bridge rectifier circuit by four rectifier diodes Do1, Do2, Do3, and Do4 and then connecting the bridge rectifier circuit and the smoothing capacitor Co as shown in the figure. The
In the bridge full-wave rectifier circuit formed in this way, the rectifier diodes Do1 and Do4 are turned on to charge the smoothing capacitor Co every half cycle of the induced voltage of the secondary winding N2, and the rectifier diodes Do2 and The operation of charging Do3 with the smoothing capacitor Co is alternately obtained. As a result, as the voltage across the smoothing capacitor Co, the secondary side DC output voltage Eo having a level corresponding to the same voltage as the induced voltage level of the secondary winding N2 is obtained.

この第1の変形例としての電源回路としても、絶縁コンバータトランスPITについては図1の場合と同様の構成によって総合結合係数ktとしてkt≒0.6が設定される。また、一次側並列共振周波数fo1、二次側並列共振周波数fo2について、この場合としても所定の負荷条件で一定以上のAC→DC電力変換効率値が得られるように、fo1≒1.5×fo2の関係が得られるようにして各共振周波数の設定を行っている。
これによってこの第1の変形例としての電源回路としても、スイッチング周波数制御のみによるワイドレンジ対応化が実現され、またスイッチング負荷に対する定電圧制御動作の応答性の向上が図られる。また、AC→DC電力変換効率としても図1の場合と同様に向上が図られる。
さらには、図1の場合と同様に総合結合係数ktが所定値にまで低下されたことでピークレベルV1−pの最大値も同様に抑制される。
Also in the power supply circuit as the first modified example, kt≈0.6 is set as the total coupling coefficient kt for the insulating converter transformer PIT by the same configuration as in FIG. In addition, for the primary side parallel resonance frequency fo1 and the secondary side parallel resonance frequency fo2, the relationship of fo1 ≒ 1.5 x fo2 is obtained so that an AC to DC power conversion efficiency value of a certain level or higher can be obtained even under the predetermined load conditions Each resonance frequency is set so as to obtain the above.
As a result, the power supply circuit as the first modification can be adapted to a wide range only by the switching frequency control, and the responsiveness of the constant voltage control operation to the switching load can be improved. Further, the AC → DC power conversion efficiency can be improved as in the case of FIG.
Further, as in the case of FIG. 1, the maximum value of the peak level V1-p is similarly suppressed by reducing the total coupling coefficient kt to a predetermined value.

図10は、第2の変形例としての構成を示している。
第2の変形例は、二次側整流回路として両波整流回路を備えるようにしたものである。
両波整流回路を形成するためには、先ず、二次巻線N2についてセンタータップを施すことで、センタータップを境界にして二次巻線部N2A,N2Bに分割する。センタータップは二次側アースに接続する。
また、この場合において、二次側並列共振回路を形成するための二次側並列共振コンデンサC2は、二次巻線N2全体に対して並列に接続する。
そのうえで、二次側整流回路を形成する部品素子として、この場合には、2本の整流ダイオードDo1,Do2、及び1本の平滑コンデンサCoを備える。整流ダイオードDo1のアノードを二次巻線N2における二次巻線部N2A側の端部と接続し、整流ダイオードDo2のアノードを二次巻線N2における二次巻線部N2B側の端部と接続する。整流ダイオードDo1,Do2のカソードを共に平滑コンデンサCoの正極端子に接続し、平滑コンデンサCoの負極端子は二次側アースに接続する。
FIG. 10 shows a configuration as a second modification.
In the second modification, a double-wave rectifier circuit is provided as a secondary-side rectifier circuit.
In order to form a double-wave rectifier circuit, first, a center tap is applied to the secondary winding N2, so that the secondary winding portions N2A and N2B are divided with the center tap as a boundary. The center tap is connected to the secondary side ground.
In this case, the secondary side parallel resonant capacitor C2 for forming the secondary side parallel resonant circuit is connected in parallel to the entire secondary winding N2.
In addition, in this case, two rectifier diodes Do1 and Do2 and one smoothing capacitor Co are provided as component elements forming the secondary side rectifier circuit. The anode of the rectifier diode Do1 is connected to the end of the secondary winding N2 on the secondary winding portion N2A side, and the anode of the rectifier diode Do2 is connected to the end of the secondary winding N2 on the secondary winding portion N2B side To do. The cathodes of the rectifier diodes Do1 and Do2 are both connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co, and the negative terminal of the smoothing capacitor Co is connected to the secondary side ground.

このようにして形成される二次側両波整流回路では、二次巻線N2に誘起される二次巻線電圧V2の一方の極性の半周期に対応しては、二次巻線部NA→整流ダイオードDo1→平滑コンデンサCoの経路で整流電流ID1が流れて平滑コンデンサCoに充電を行う。また、二次巻線V2の他方の極性の半周期に対応しては、二次巻線部NB→整流ダイオードDo2→平滑コンデンサCoの経路で整流電流ID2が流れて平滑コンデンサCoに充電を行う。このようにして、二次巻線電圧V2の正負の各半周期の期間に対応して平滑コンデンサCoに対して整流電流を充電する全波整流動作が行われる。これにより、平滑コンデンサCoの両端電圧としては、二次巻線N2の誘起電圧レベルの等倍に対応するレベルの二次側直流出力電圧Eoが得られる。   In the secondary-side double-wave rectifier circuit formed in this way, the secondary winding portion NA corresponds to the half cycle of one polarity of the secondary winding voltage V2 induced in the secondary winding N2. The rectification current ID1 flows through the path of the rectifier diode Do1 → smoothing capacitor Co to charge the smoothing capacitor Co. Further, in response to the other half cycle of the polarity of the secondary winding V2, a rectified current ID2 flows through the path of the secondary winding NB → rectifier diode Do2 → smoothing capacitor Co to charge the smoothing capacitor Co. . In this way, the full-wave rectification operation for charging the rectification current to the smoothing capacitor Co is performed corresponding to the positive and negative half-cycle periods of the secondary winding voltage V2. As a result, as the voltage across the smoothing capacitor Co, the secondary side DC output voltage Eo having a level corresponding to the same voltage as the induced voltage level of the secondary winding N2 is obtained.

第2の変形例としての電源回路としても、絶縁コンバータトランスPITについては図1の場合と同様の構成によって総合結合係数ktとしてkt≒0.6が設定され、一次側並列共振周波数fo1、二次側並列共振周波数fo2について、この場合としても一定以上のAC→DC電力変換効率が得られるようにfo1≒1.5×fo2の関係が設定される。
これにより第2の変形例としての電源回路としても、スイッチング周波数制御のみによるワイドレンジ対応化が実現され、またスイッチング負荷に対する定電圧制御動作の応答性の向上が図られ、さらにAC→DC電力変換効率としても図1の場合と同様に向上が図られる。
また、図1の場合と同様に総合結合係数ktが所定値にまで低下されたことでピークレベルV1−pの最大値も同様に抑制される。
Also in the power supply circuit as the second modified example, the insulation converter transformer PIT is set to kt≈0.6 as the total coupling coefficient kt by the same configuration as in FIG. 1, and the primary side parallel resonance frequency fo1 and the secondary side parallel are set. With respect to the resonance frequency fo2, a relationship of fo1≈1.5 × fo2 is set so that even in this case, AC → DC power conversion efficiency exceeding a certain level can be obtained.
As a result, the power supply circuit as the second modified example can be compatible with a wide range only by switching frequency control, and the responsiveness of the constant voltage control operation with respect to the switching load is improved, and further AC → DC power conversion The efficiency is improved as in the case of FIG.
Similarly to the case of FIG. 1, the maximum value of the peak level V1-p is similarly suppressed by reducing the total coupling coefficient kt to a predetermined value.

図11は、第3の変形例としての電源回路の構成を示している。
第3の変形例は、二次側整流回路として倍電圧整流回路を備える。この倍電圧整流回路は、二次巻線N2//二次側並列共振回路C2の並列接続回路に対して、2本の整流ダイオードDo1,Do2と、2本の平滑コンデンサCo1,Co2を図示するようにして接続して形成される。
この場合には、二次巻線N2の巻き終わり端部に対して整流ダイオードDo1のアノードと整流ダイオードDo2のカソードを接続する。整流ダイオードDo1のカソードは平滑コンデンサCo1の正極端子に接続する。
平滑コンデンサCo1,Co2は、平滑コンデンサCo1の負極端子と平滑コンデンサCo2の正極端子を接続するようにして直列接続し、この平滑コンデンサCo1,Co2の接続点に対しては二次巻線N2の巻始め端部を接続する。
二次側アースに対しては、平滑コンデンサCo2の負極端子及び整流ダイオードDo2のアノードを接続する。
FIG. 11 shows a configuration of a power supply circuit as a third modification.
The third modification includes a voltage doubler rectifier circuit as the secondary side rectifier circuit. This voltage doubler rectifier circuit illustrates two rectifier diodes Do1 and Do2 and two smoothing capacitors Co1 and Co2 with respect to the parallel connection circuit of the secondary winding N2 // secondary parallel resonant circuit C2. In this way, they are connected.
In this case, the anode of the rectifier diode Do1 and the cathode of the rectifier diode Do2 are connected to the winding end of the secondary winding N2. The cathode of the rectifier diode Do1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co1.
The smoothing capacitors Co1 and Co2 are connected in series so that the negative electrode terminal of the smoothing capacitor Co1 and the positive electrode terminal of the smoothing capacitor Co2 are connected, and the winding of the secondary winding N2 is connected to the connection point of the smoothing capacitors Co1 and Co2. Connect the start end.
The negative terminal of the smoothing capacitor Co2 and the anode of the rectifier diode Do2 are connected to the secondary side ground.

このようにして形成される二次側の倍電圧整流回路では、二次巻線電圧V2の一方の極性の半周期においては、[二次巻線N2→整流ダイオードDo1→平滑コンデンサCo1]の経路で整流電流が流れて、平滑コンデンサCo1に対する充電を行う。また、二次巻線電圧V2の他方の極性の半周期においては、[二次巻線N2→整流ダイオードDo2→平滑コンデンサCo2]の経路で整流電流が流れて、平滑コンデンサCo2に対する充電を行う。このようにして、二次巻線電圧V2が正負の半周期ごとに平滑コンデンサCo1に対する充電と、平滑コンデンサCo2に対する充電とが交互に実行され、平滑コンデンサCo1,Co2の各々には、二次巻線N2の誘起電圧レベルの等倍に対応する電位が得られる。これにより、平滑コンデンサCo1−Co2の直列接続回路の両端電圧として、二次巻線N2の誘起電圧レベルの等倍に対応するレベルの二次側直流出力電圧Eoが得られることになる。   In the secondary voltage doubler rectifier circuit formed in this way, the path of [secondary winding N2 → rectifier diode Do1 → smoothing capacitor Co1] in the half cycle of one polarity of the secondary winding voltage V2. The rectified current flows through and the smoothing capacitor Co1 is charged. Further, in the half cycle of the other polarity of the secondary winding voltage V2, a rectification current flows through a path of [secondary winding N2 → rectifier diode Do2 → smoothing capacitor Co2] to charge the smoothing capacitor Co2. In this way, the charging of the smoothing capacitor Co1 and the charging of the smoothing capacitor Co2 are alternately performed every half cycle when the secondary winding voltage V2 is positive and negative, and each of the smoothing capacitors Co1 and Co2 has a secondary winding. A potential corresponding to an equal magnification of the induced voltage level of the line N2 is obtained. As a result, the secondary side DC output voltage Eo having a level corresponding to the same voltage as the induced voltage level of the secondary winding N2 is obtained as the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Co1-Co2.

第3の変形例の電源回路としても、絶縁コンバータトランスPITについては図1の場合と同様の構成によって総合結合係数ktとしてkt≒0.6が設定され、一次側並列共振周波数fo1、二次側並列共振周波数fo2について、この場合としても一定以上のAC→DC電力変換効率が得られるようにfo1≒1.5×fo2の関係が設定される。
これにより第3の変形例としての電源回路としても、スイッチング周波数制御のみによるワイドレンジ対応化が実現され、またスイッチング負荷に対する定電圧制御動作の応答性の向上が図られ、さらにAC→DC電力変換効率としても図1の場合と同様に向上が図られる。
また、図1の場合と同様に総合結合係数ktが所定値にまで低下されたことでピークレベルV1−pの最大値も同様に抑制される。
Also in the power supply circuit of the third modified example, the insulation converter transformer PIT is set to kt≈0.6 as the total coupling coefficient kt by the same configuration as in FIG. 1, and the primary side parallel resonance frequency fo1 and the secondary side parallel resonance are set. Regarding the frequency fo2, the relationship of fo1≈1.5 × fo2 is set so that even in this case, AC / DC power conversion efficiency exceeding a certain level can be obtained.
As a result, the power supply circuit as the third modified example can also be compatible with a wide range only by switching frequency control, improve the responsiveness of the constant voltage control operation to the switching load, and further convert AC to DC power. The efficiency is improved as in the case of FIG.
Similarly to the case of FIG. 1, the maximum value of the peak level V1-p is similarly suppressed by reducing the total coupling coefficient kt to a predetermined value.

図12は、第4の変形例としての電源回路の構成を示している。
第4の変形例は、二次側の整流回路を4倍圧整流回路としたものである。
この場合としても、先ずは二次巻線N2に対しては並列に並列共振コンデンサC2を接続している。
そして、4倍圧整流回路としては、図示するようにして整流ダイオードDo1〜Do4による4つの整流ダイオードと、コンデンサCc1、コンデンサCc2、平滑コンデンサCo1、Co2とを備えて形成される。
この場合、二次巻線N2の一方の端部(巻き終わり端部)に対しては、図示するようにコンデンサCc1→整流ダイオードDo1(アノード→カソード)の直列接続を介し、平滑コンデンサCo1の正極端子が接続される。そして、この平滑コンデンサCo1の負極端子は、二次巻線N2の他方の端部(巻き終わり端部)に対して接続される。
また、これら平滑コンデンサCo1の負極端子と二次巻線N2の他方端部の接続点に対しては、平滑コンデンサCo2の正極端子が接続され、この平滑コンデンサCo2の負極端子が二次側アースに接続されている。
FIG. 12 shows a configuration of a power supply circuit as a fourth modification.
In the fourth modification, the secondary side rectifier circuit is a quadruple voltage rectifier circuit.
Even in this case, first, a parallel resonant capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2.
As shown in the figure, the quadruple voltage rectifier circuit includes four rectifier diodes including rectifier diodes Do1 to Do4, a capacitor Cc1, a capacitor Cc2, and smoothing capacitors Co1 and Co2.
In this case, the positive electrode of the smoothing capacitor Co1 is connected to one end (winding end) of the secondary winding N2 through a series connection of a capacitor Cc1 → rectifier diode Do1 (anode → cathode) as shown in the figure. Terminal is connected. The negative terminal of the smoothing capacitor Co1 is connected to the other end (winding end) of the secondary winding N2.
Further, the positive terminal of the smoothing capacitor Co2 is connected to the connection point between the negative terminal of the smoothing capacitor Co1 and the other end of the secondary winding N2, and the negative terminal of the smoothing capacitor Co2 is connected to the secondary side ground. It is connected.

さらに、二次巻線N2の上記した一方の端部と二次側アースとの間には、コンデンサCc2→整流ダイオードDo4(カソード→アノード)の直列接続回路を挿入している。
これらコンデンサCc2と整流ダイオードDo4との接続点に対しては、図示するようにして整流ダイオードDo3のアノードが接続される。そして、この整流ダイオードDo3のカソードは、上記した平滑コンデンサCo1・Co2の接続点と、二次巻線N2の上記した他方の端部との接続点に対して接続される。
さらに、この整流ダイオードDo3のカソードと二次巻線N2の他方の端部の接続点に対しては、整流ダイオードDo2のアノードが接続される。そして、整流ダイオードDo2のカソードは、上記したコンデンサCc1と整流ダイオードDo1の接続点に対して接続されている。
Further, a series connection circuit of a capacitor Cc2 → rectifier diode Do4 (cathode → anode) is inserted between the one end of the secondary winding N2 and the secondary side ground.
The anode of the rectifier diode Do3 is connected to the connection point between the capacitor Cc2 and the rectifier diode Do4 as shown. The cathode of the rectifier diode Do3 is connected to the connection point between the connection point of the smoothing capacitors Co1 and Co2 and the other end of the secondary winding N2.
Further, the anode of the rectifier diode Do2 is connected to the connection point between the cathode of the rectifier diode Do3 and the other end of the secondary winding N2. The cathode of the rectifier diode Do2 is connected to the connection point between the capacitor Cc1 and the rectifier diode Do1.

上記構成による4倍圧整流回路において、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期では、整流電流は[二次巻線N2→整流ダイオードDo2→コンデンサCc1→二次巻線N2]の循環経路によって流れる。また、同様に上記交番電圧の他方の半周期においても、整流電流は循環経路によって[二次巻線N2→コンデンサCc2→整流ダイオードDo3→二次巻線N2]を流れる。
つまり、この場合、コンデンサCc1、Cc2の両端には、それぞれ対応する半周期に、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルの直流電圧が得られることになる。
In the quadruple voltage rectifier circuit having the above configuration, in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current is [secondary winding N2 → rectifier diode Do2 → capacitor Cc1 → secondary winding N2. ] By the circulation route. Similarly, in the other half cycle of the alternating voltage, the rectified current flows through [secondary winding N2 → capacitor Cc2 → rectifier diode Do3 → secondary winding N2] through the circulation path.
That is, in this case, a DC voltage having a level corresponding to the same multiple of the alternating voltage level excited by the secondary winding N2 is obtained at both ends of the capacitors Cc1 and Cc2 in a corresponding half cycle.

そして、この場合、各半周期において、整流電流は上記循環経路から分岐してそれぞれ以下のような経路によっても流れる。
先ず、交番電圧の上記した一方の半周期では、整流電流は分岐して[平滑コンデンサCo2→整流ダイオードDo4→コンデンサCc2→二次巻線N2]の経路によっても流れる。このとき、先の循環経路により、この期間には上記コンデンサCc2が充電された状態にある。このため、上記のような整流電流経路によっては、上記平滑コンデンサCo2に対し、二次巻線N2に得られる交番電圧とこのコンデンサCc2の両端電圧の重畳分による電圧レベルにより充電が行われることになる。
つまり、これによって平滑コンデンサCo2には、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる直流電圧が生成されることになる。
In this case, in each half cycle, the rectified current branches from the circulation path and also flows through the following paths.
First, in one half cycle of the alternating voltage described above, the rectified current branches and flows through the path [smoothing capacitor Co2 → rectifier diode Do4 → capacitor Cc2 → secondary winding N2]. At this time, the capacitor Cc2 is charged during this period due to the previous circulation path. For this reason, depending on the rectification current path as described above, the smoothing capacitor Co2 is charged with a voltage level due to the superposition of the alternating voltage obtained at the secondary winding N2 and the voltage across the capacitor Cc2. Become.
That is, a smoothing capacitor Co2 generates a DC voltage having a level corresponding to twice the alternating voltage level excited by the secondary winding N2.

また、上記交番電圧の他方の半周期では、整流電流は分岐して[コンデンサCc1→整流ダイオードDo1→平滑コンデンサCo1→二次巻線N2]の経路によっても流れ、この場合は先の循環経路によってコンデンサCc1に得られた両端電圧の重畳分を受けた二次巻線N2の交番電圧の電圧レベルにより、平滑コンデンサCo1に対する充電が行われることになる。
すなわち、これによって平滑コンデンサCo1としても、その両端電圧としては二次巻線N2に得られる交番電圧レベルの2倍に対応したレベルが得られる。
Further, in the other half cycle of the above alternating voltage, the rectified current branches and flows through a path [capacitor Cc1 → rectifier diode Do1 → smoothing capacitor Co1 → secondary winding N2]. The smoothing capacitor Co1 is charged according to the voltage level of the alternating voltage of the secondary winding N2 that has received the superimposed voltage across the capacitor Cc1.
In other words, even with the smoothing capacitor Co1, a voltage corresponding to twice the alternating voltage level obtained at the secondary winding N2 is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Co1.

このようにして、平滑コンデンサCo1と平滑コンデンサCo2の各両端には、それぞれ二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる直流電圧が生成される。そして、これによって平滑コンデンサCo1と平滑コンデンサCo2との直列接続の両端には、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの4倍に対応したレベルによる二次側直流出力電圧Eoが得られることになる。   In this manner, a DC voltage having a level corresponding to twice the alternating voltage level excited by the secondary winding N2 is generated at both ends of the smoothing capacitor Co1 and the smoothing capacitor Co2. As a result, a secondary side DC output voltage Eo having a level corresponding to four times the alternating voltage level excited in the secondary winding N2 is obtained at both ends of the series connection of the smoothing capacitor Co1 and the smoothing capacitor Co2. It will be.

この図12に示した第4の変形例の電源回路としても、絶縁コンバータトランスPITについては図1の場合と同様の構成によって総合結合係数ktとしてkt≒0.6が設定され、一次側並列共振周波数fo1、二次側並列共振周波数fo2について、この場合としても一定以上のAC→DC電力変換効率が得られるようにfo1≒1.5×fo2の関係が設定される。
これにより第4の変形例としての電源回路としても、スイッチング周波数制御のみによるワイドレンジ対応化が実現され、またスイッチング負荷に対する定電圧制御動作の応答性の向上が図られ、さらにAC→DC電力変換効率としても図1の場合と同様に向上が図られる。
また、図1の場合と同様に総合結合係数ktが所定値にまで低下されたことでピークレベルV1−pの最大値も同様に抑制される。
Also in the power supply circuit of the fourth modification shown in FIG. 12, with respect to the insulating converter transformer PIT, kt≈0.6 is set as the total coupling coefficient kt by the same configuration as in FIG. 1, and the primary side parallel resonant frequency fo1 As for the secondary side parallel resonance frequency fo2, the relationship of fo1≈1.5 × fo2 is set so that the AC → DC power conversion efficiency exceeding a certain level can be obtained even in this case.
As a result, the power supply circuit as the fourth modified example can be compatible with a wide range only by switching frequency control, and the responsiveness of the constant voltage control operation with respect to the switching load is improved. The efficiency is improved as in the case of FIG.
Similarly to the case of FIG. 1, the maximum value of the peak level V1-p is similarly suppressed by reducing the total coupling coefficient kt to a predetermined value.

なお、本発明としては、上記各実施の形態として示した構成に限定されるものではない。例えば、一次側電圧共振形コンバータの細部の回路形態や、二次側並列共振回路を含んで形成する二次側整流回路の構成などは他にも考えられるものである。
また、スイッチング素子については、MOS−FET以外の素子を選定することも考えられる。また、上記各実施の形態では、他励式のスイッチングコンバータを挙げているが、自励式として構成した場合にも本発明は適用できる。
In addition, as this invention, it is not limited to the structure shown as said each embodiment. For example, the detailed circuit configuration of the primary side voltage resonance type converter and the configuration of the secondary side rectifier circuit formed including the secondary side parallel resonance circuit are also conceivable.
As the switching element, it may be possible to select an element other than the MOS-FET. In each of the above embodiments, a separately excited switching converter is cited, but the present invention can also be applied to a case where it is configured as a self-excited type.

本発明の実施の形態としての電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit as embodiment of this invention. 実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスの構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the insulation converter transformer with which the power supply circuit of embodiment is equipped. 図2に示す構造による絶縁コンバータトランスにおいて形成される磁路について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic path formed in the insulated converter transformer by the structure shown in FIG. 実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスの他の構造例とその磁路について示す図である。It is a figure shown about the other structural example of the insulation converter transformer with which the power supply circuit of embodiment is equipped, and its magnetic path. 実施の形態の電源回路の要部の動作をスイッチング周期により示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the principal part of the power supply circuit of embodiment by a switching period. 実施の形態の電源回路についての、負荷変動に対するAC→DC電力変換効率、スイッチング周波数、スイッチング素子のオン/オフ期間、スイッチング電圧のピークレベルの変動特性を示す図である。It is a figure which shows the fluctuation | variation characteristics of the AC-> DC power conversion efficiency with respect to load fluctuation | variation, switching frequency, the ON / OFF period of a switching element, and the peak level of a switching voltage about the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路についての定電圧制御特性を示す図である。It is a figure which shows the constant voltage control characteristic about the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路の定電圧制御動作として、交流入力電圧条件及び負荷変動に応じたスイッチング周波数制御範囲(必要制御範囲)を示す図である。It is a figure which shows the switching frequency control range (required control range) according to alternating current input voltage conditions and load fluctuation | variation as constant voltage control operation | movement of the power supply circuit of embodiment. 第1の変形例としての電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit as a 1st modification. 第2の変形例としての電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit as a 2nd modification. 第3の変形例としての電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit as a 3rd modification. 第4の変形例としての電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit as a 4th modification. 従来例としての電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit as a prior art example. 図13に示した電源回路が備える絶縁コンバータトランスの構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the insulation converter transformer with which the power supply circuit shown in FIG. 13 is provided. 図13に示した電源回路の要部の動作を示す波形図である。FIG. 14 is a waveform diagram showing an operation of a main part of the power supply circuit shown in FIG. 13. 図13に示した電源回路についての、負荷変動に対するAC→DC電力変換効率、スイッチング周波数、スイッチング素子のオン/オフ期間の変動特性を示す図である。It is a figure which shows the fluctuation characteristic of the AC-> DC power conversion efficiency with respect to load fluctuation | variation, the switching frequency, and the ON / OFF period of a switching element about the power supply circuit shown in FIG. 従来の電源回路についての定電圧制御特性を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the constant voltage control characteristic about the conventional power supply circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、Di ブリッジ整流回路、Ci 平滑コンデンサ、Q1 スイッチング素子、PIT 絶縁コンバータトランス、CR1,CR2,CR3,CR4 E型コア、FSC1,FSC2 フェライトシートコア、Cr 一次側並列共振コンデンサ、N1 一次巻線、N2 二次巻線、C2 二次側並列共振コンデンサ、Do1,Do2,Do3,Do4 整流ダイオード、Co,Co1,Co2 (二次側)平滑コンデンサ、N2A,N2B 二次巻線部、Cc1,Cc2 コンデンサ   1 Control circuit, 2 Oscillation / drive circuit, Di bridge rectifier circuit, Ci smoothing capacitor, Q1 switching element, PIT isolation converter transformer, CR1, CR2, CR3, CR4 E type core, FSC1, FSC2 ferrite sheet core, Cr primary side parallel Resonant capacitor, N1 primary winding, N2 secondary winding, C2 secondary side parallel resonant capacitor, Do1, Do2, Do3, Do4 rectifier diode, Co, Co1, Co2 (secondary side) smoothing capacitor, N2A, N2B secondary Winding part, Cc1, Cc2 capacitor

Claims (3)

直流入力電圧を入力してスイッチングを行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、
上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段と、
少なくとも、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、該一次巻線に得られたスイッチング出力により交番電圧が誘起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスと、
少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線を含む漏洩インダクタンス成分と一次側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対して並列となる関係により二次側並列共振コンデンサを接続することで、上記二次巻線を含む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形成される二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誘起される交番電圧に基づき整流動作を行って、二次側直流出力電圧を生成するように構成された二次側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駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、上記二次側直流出力電圧について定電圧制御を行う定電圧制御手段とを備え、
上記絶縁コンバータトランスは、一次側と二次側との結合係数が、
上記一次側並列共振回路と上記二次側並列共振回路とを有して形成される電磁結合形共振回路について、上記スイッチング周波数を有する周波数信号の入力に対する出力特性が単峰特性となり、且つ所定レベル以上の交流入力電圧入力時における上記スイッチング素子のオン期間の割合が所定以下となるようにして、疎結合とみなされる所定の値に設定され、
さらに、少なくとも所定の負荷条件の下で一定以上の電力変換効率が得られるようにして、上記一次側並列共振回路の共振周波数と、上記二次側並列共振回路の共振周波数とが設定される、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
Switching means formed with a switching element for switching by inputting a DC input voltage;
Switching driving means for switching and driving the switching element;
Formed by winding at least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage is induced by the switching output obtained in the primary winding An isolated converter transformer,
A primary side parallel resonant circuit formed by at least a leakage inductance component including a primary winding of the insulating converter transformer and a capacitance of the primary side parallel resonant capacitor, and the operation of the switching means is a voltage resonant type;
By connecting a secondary side parallel resonant capacitor in parallel with the secondary winding of the insulating converter transformer, a leakage inductance component including the secondary winding and a capacitance of the secondary side parallel resonant capacitor A secondary parallel resonant circuit formed by
A secondary side DC output voltage generating means configured to perform a rectifying operation based on an alternating voltage induced in the secondary winding of the insulating converter transformer to generate a secondary side DC output voltage;
Constant voltage control means for performing constant voltage control on the secondary side DC output voltage by controlling the switching drive means according to the level of the secondary side DC output voltage and varying the switching frequency of the switching means. And
The insulation converter transformer has a coupling coefficient between the primary side and the secondary side,
With respect to the electromagnetic coupling type resonance circuit formed by including the primary side parallel resonance circuit and the secondary side parallel resonance circuit, the output characteristic with respect to the input of the frequency signal having the switching frequency is a single peak characteristic and has a predetermined level. The ratio of the ON period of the switching element at the time of the above AC input voltage input is set to a predetermined value that is regarded as loosely coupled, so as to be a predetermined value or less,
Furthermore, the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit are set so that a power conversion efficiency of a certain level or more can be obtained at least under a predetermined load condition.
A switching power supply circuit.
上記絶縁コンバータトランスは、
EE型コアの中央磁脚に対して上記一次巻線と上記二次巻線とが巻装された上で、上記中央磁脚に対してギャップが形成されると共に、上記EE型コアの外磁脚の所定位置において上記中央磁脚側に突出するようにしてフェライトシートコアが設けられている、
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。
The insulation converter transformer is
The primary winding and the secondary winding are wound around the central magnetic leg of the EE type core, a gap is formed with respect to the central magnetic leg, and the outer magnet of the EE type core is formed. A ferrite sheet core is provided so as to protrude toward the central magnetic leg at a predetermined position of the leg,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記絶縁コンバータトランスは、
EE型コアの一方の外磁脚に上記一次巻線が巻装され、他方の外磁脚に上記二次巻線が巻装されており、上記EE型コアの中央磁脚に対してギャップが形成されている、
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。
The insulation converter transformer is
The primary winding is wound around one outer magnetic leg of the EE core, and the secondary winding is wound around the other outer magnetic leg, and a gap is formed with respect to the central magnetic leg of the EE core. Formed,
The switching power supply circuit according to claim 1.
JP2005081944A 2005-03-22 2005-03-22 Switching power circuit Pending JP2006271027A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005081944A JP2006271027A (en) 2005-03-22 2005-03-22 Switching power circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005081944A JP2006271027A (en) 2005-03-22 2005-03-22 Switching power circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006271027A true JP2006271027A (en) 2006-10-05

Family

ID=37206401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005081944A Pending JP2006271027A (en) 2005-03-22 2005-03-22 Switching power circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006271027A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104539185A (en) * 2015-01-13 2015-04-22 华南理工大学 High-frequency power source of resonant coupling type wireless power transmission device
US9590525B2 (en) 2014-07-03 2017-03-07 Eaton Capital Wireless power transfer systems using load feedback
US9979205B2 (en) 2015-08-18 2018-05-22 Eaton Capital Unlimited Company Methods and circuits configured to provide for multi-phase wireless power transfer
US9984815B2 (en) 2014-12-22 2018-05-29 Eaton Capital Unlimited Company Wireless power transfer apparatus and power supplies including overlapping magnetic cores
US10038324B2 (en) 2015-01-06 2018-07-31 Eaton Intelligent Power Limited Methods, circuits and articles of manufacture for controlling wireless power transfer responsive to controller circuit states
US10116144B2 (en) 2015-05-22 2018-10-30 Eaton Intelligent Power Limited Wireless power transfer apparatus using enclosures with enhanced magnetic features and methods of fabricating the same
US10116230B2 (en) 2013-12-30 2018-10-30 Eaton Capital Unlimited Company Methods, circuits and articles of manufacture for configuring DC output filter circuits
US11990766B2 (en) 2019-07-02 2024-05-21 Eaton Intelligent Power Limited Wireless power transfer apparatus with radially arrayed magnetic structures

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10116230B2 (en) 2013-12-30 2018-10-30 Eaton Capital Unlimited Company Methods, circuits and articles of manufacture for configuring DC output filter circuits
US9590525B2 (en) 2014-07-03 2017-03-07 Eaton Capital Wireless power transfer systems using load feedback
US9984815B2 (en) 2014-12-22 2018-05-29 Eaton Capital Unlimited Company Wireless power transfer apparatus and power supplies including overlapping magnetic cores
US10978244B2 (en) 2014-12-22 2021-04-13 Eaton Intelligent Power Limited Wireless power transfer apparatus and power supplies including overlapping magnetic cores
US10038324B2 (en) 2015-01-06 2018-07-31 Eaton Intelligent Power Limited Methods, circuits and articles of manufacture for controlling wireless power transfer responsive to controller circuit states
CN104539185A (en) * 2015-01-13 2015-04-22 华南理工大学 High-frequency power source of resonant coupling type wireless power transmission device
US10116144B2 (en) 2015-05-22 2018-10-30 Eaton Intelligent Power Limited Wireless power transfer apparatus using enclosures with enhanced magnetic features and methods of fabricating the same
US9979205B2 (en) 2015-08-18 2018-05-22 Eaton Capital Unlimited Company Methods and circuits configured to provide for multi-phase wireless power transfer
US11990766B2 (en) 2019-07-02 2024-05-21 Eaton Intelligent Power Limited Wireless power transfer apparatus with radially arrayed magnetic structures

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4099597B2 (en) Switching power supply circuit
US7301785B2 (en) Switching power supply circuit
JP2006217747A (en) Switching power supply circuit
JP4099593B2 (en) Switching power supply circuit
JP4099595B2 (en) Switching power supply circuit
JP2006254540A (en) Switching power supply circuit
EP1710900A2 (en) Switching power supply including a resonant converter
JP2006191746A (en) Switching power circuit
JP2006345633A (en) Switching power supply circuit
JP2006271027A (en) Switching power circuit
JP2006197753A (en) Switching power supply circuit
JP2006050689A (en) Switching power supply circuit
JP2006074897A (en) Switching power supply circuit
JP2006262680A (en) Switching power circuit
JP2006296054A (en) Switching power supply circuit
JP4600073B2 (en) Switching power supply circuit
JP4353132B2 (en) Switching power supply circuit
JP2006311742A (en) Switching power circuit
JP4462262B2 (en) Switching power supply circuit
JP2006311743A (en) Switching power circuit
JP2006254613A (en) Switching power supply circuit
JP4600092B2 (en) Switching power supply circuit
JP2007312522A (en) Switching power circuit
JP2006325291A (en) Switching power circuit
JP2007288823A (en) Switching power supply circuit