JP2006271172A - Switching power circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve power conversion efficiency and reduce circuit components as a power circuit which has a power factor for improving the functions, capable of coping with a wide voltage range of commercial AC power. <P>SOLUTION: A current resonance type converter, which is equipped with a rectifying and smoothing means for switching a full-wave rectifying action and a voltage-doubling and rectifying action, according to the voltage of a commercial power source, is provided with a power regeneration system of power factor improving circuit 10, and is provided with a series resonance circuit on the secondary side also, whereby a coupled resonance circuit by the electromagnetic coupling of a converter PIT is made, and to obtain unimodal characteristics as to this coupled resonance circuit, approximately 0.7 is set as to the coupling coefficient of the converter transformer PIT itself. Hereby, an active filter can be dispensed with, thereby improving the AC→DC power conversion efficiency. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、各種電子機器の電源として用いられるスイッチング電源回路に関する。   The present invention relates to a switching power supply circuit used as a power supply for various electronic devices.

特開平6−327246号公報JP-A-6-327246

近年、高周波の比較的大きい電流及び電圧に耐えることができるスイッチング素子の開発によって、商用電源を整流して所望の直流電圧を得る電源回路としては、大部分がスイッチング方式の電源回路になっている。スイッチング電源回路はスイッチング周波数を高くすることによりトランスその他のデバイスを小型にすると共に、大電力のDC−DCコンバータとして各種の電子機器の電源として使用される。   In recent years, the development of switching elements that can withstand relatively high currents and voltages at high frequencies has led to most switching power supply circuits as power supply circuits that rectify commercial power and obtain a desired DC voltage. . The switching power supply circuit reduces the size of the transformer and other devices by increasing the switching frequency, and is used as a power source for various electronic devices as a high-power DC-DC converter.

ところで、一般に商用電源を整流すると平滑回路に流れる電流は歪み波形になるため、電源の利用効率を示す力率が損なわれるという問題が生じる。また、このような歪み電流波形となることによって発生する高調波を抑圧するための対策が必要とされている。また、スイッチング電源回路としては、例えば日本や米国等の交流入力電圧AC100V系の地域と、欧州等のAC200V系の地域に対応するように、例えば約AC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応した動作が可能に構成された、いわゆるワイドレンジ対応の電源回路が知られている。   By the way, in general, when a commercial power supply is rectified, the current flowing through the smoothing circuit becomes a distorted waveform, which causes a problem that the power factor indicating the power supply utilization efficiency is impaired. In addition, a countermeasure for suppressing harmonics generated by such a distorted current waveform is required. As the switching power supply circuit, for example, an operation corresponding to an AC input voltage range of about AC85V to 288V, for example, to correspond to an AC input voltage AC100V region such as Japan and the United States and an AC200V AC region such as Europe. A so-called wide-range power supply circuit that is configured so as to be able to be used is known.

ここで、上述した共振形コンバータとしては、コンバータを形成するスイッチング素子のスイッチング周波数を制御すること(スイッチング周波数制御方式)により安定化を図るように構成したものが知られている。このようなスイッチング周波数制御方式による共振形コンバータとして、例えば汎用の発振・ドライブ回路ICなどによりスイッチング素子をスイッチング駆動するような構成では、例えばスイッチング周波数fsの可変範囲は最大で、fs=50KHz〜250KHz程度となっている。   Here, as the above-mentioned resonance type converter, one configured to be stabilized by controlling the switching frequency of a switching element forming the converter (switching frequency control method) is known. As such a resonant converter based on the switching frequency control system, for example, in a configuration in which the switching element is switched and driven by a general-purpose oscillation / drive circuit IC, for example, the variable range of the switching frequency fs is maximum, fs = 50 KHz to 250 KHz. It is about.

このような可変範囲である場合、例えば負荷電力Poの変動範囲がPo=0Wから90W程度まで、更には300W程度までの比較的大きな変動幅となる負荷条件では、ワイドレンジとしてのAC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応して安定化を図ることはほぼ不可能となる。   In the case of such a variable range, for example, under a load condition where the fluctuation range of the load power Po is a relatively large fluctuation range from Po = 0 W to about 90 W, and further to about 300 W, a wide range of AC85V to 288V is used. Stabilization corresponding to the AC input voltage range is almost impossible.

これらの各問題の解決を図るべく、力率の改善、及びワイドレンジ対応の構成を実現する従来技術として、いわゆるアクティブフィルタを用いる方法が知られている(例えば上記特許文献1参照)。   In order to solve each of these problems, a method using a so-called active filter is known as a conventional technique for realizing a power factor improvement and a wide-range configuration (see, for example, Patent Document 1).

このようなアクティブフィルタの基本構成としては、例えば次の図15に示すものとなる。図15においては、商用交流電源ACにブリッジ整流回路Diを接続している。このブリッジ整流回路Diの正極/負極ラインに対しては並列に出力コンデンサCoutが接続される。ブリッジ整流回路Diの整流出力が出力コンデンサCoutに供給されることで、出力コンデンサCoutの両端電圧として、直流電圧Voutが得られる。この直流電圧Voutは、例えば後段のDC−DCコンバータなどの負荷50に入力電圧として供給される。   The basic configuration of such an active filter is, for example, as shown in FIG. In FIG. 15, a bridge rectifier circuit Di is connected to a commercial AC power source AC. An output capacitor Cout is connected in parallel to the positive / negative line of the bridge rectifier circuit Di. By supplying the rectified output of the bridge rectifier circuit Di to the output capacitor Cout, a DC voltage Vout is obtained as a voltage across the output capacitor Cout. This DC voltage Vout is supplied as an input voltage to a load 50 such as a subsequent DC-DC converter.

また、力率改善のための構成としては、図示するようにして、インダクタL、高速リカバリ型のダイオードD、抵抗Ri、スイッチング素子Q、及び乗算器11を備える。インダクタL、ダイオードDは、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と、出力コンデンサCoutの正極端子との間に、直列に接続されて挿入される。抵抗Riは、ブリッジ整流回路Diの負極出力端子(一次側アース)と出力コンデンサCoutの負極端子との間に挿入される。   As shown in the figure, the power factor improvement includes an inductor L, a fast recovery diode D, a resistor Ri, a switching element Q, and a multiplier 11. The inductor L and the diode D are connected in series and inserted between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the output capacitor Cout. The resistor Ri is inserted between the negative output terminal (primary side ground) of the bridge rectifier circuit Di and the negative terminal of the output capacitor Cout.

また、スイッチング素子Q1は、この場合には、MOS−FETが選定されており、図示するようにして、インダクタLとダイオードDの接続点と、一次側アース間に挿入される。   In this case, the switching element Q1 is a MOS-FET, and is inserted between the connection point of the inductor L and the diode D and the primary side ground as shown in the figure.

乗算器11に対しては、フィードフォワード回路として、電流検出ラインLI及び波形入力ラインLwが接続され、フィードバック回路として電圧検出ラインLVが接続される。乗算器11は、電流検出ラインLIから入力される、ブリッジ整流回路Diの負極出力端子に流れる整流電流レベルを検出する。   To the multiplier 11, a current detection line LI and a waveform input line Lw are connected as a feedforward circuit, and a voltage detection line LV is connected as a feedback circuit. The multiplier 11 detects the level of the rectified current that flows from the current detection line LI and flows to the negative output terminal of the bridge rectifier circuit Di.

また、波形入力ラインLwから入力される、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子の整流電圧波形を検出する。これは、即ち、商用交流電源AC(交流入力電圧)の波形を絶対値化して検出していることに相当する。   Further, the rectified voltage waveform at the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di input from the waveform input line Lw is detected. This corresponds to detecting the waveform of the commercial AC power supply AC (AC input voltage) as an absolute value.

また、電圧検出ラインLVから入力される、出力コンデンサCoutの直流電圧Voutに基づいて、直流入力電圧の変動差分を検出する。   Further, the fluctuation difference of the DC input voltage is detected based on the DC voltage Vout of the output capacitor Cout input from the voltage detection line LV.

そして、乗算器11からは、スイッチング素子Qを駆動するためのドライブ信号が出力される。   The multiplier 11 outputs a drive signal for driving the switching element Q.

乗算器11では、先ず、上述のようにして電流検出ラインLIから検出した整流電流レベルと、電圧検出ラインLVから検出した直流入力電圧の変動差分と乗算する。そして、この乗算結果と、波形入力ラインLwから検出した交流入力電圧の波形とによって、交流入力電圧VACと同一波形の電流指令値を生成する。   The multiplier 11 first multiplies the rectified current level detected from the current detection line LI as described above and the fluctuation difference of the DC input voltage detected from the voltage detection line LV. Then, a current command value having the same waveform as the AC input voltage VAC is generated based on the multiplication result and the waveform of the AC input voltage detected from the waveform input line Lw.

更に、この場合の乗算器11では、電流指令値と実際の交流入力電流レベル(電流検出ラインLIからの入力に基づいて検出される)を比較し、この差に応じてPWM信号についてPWM制御を行い、PWM信号に基づいたドライブ信号を生成する。そして、スイッチング素子Qは、このドライブ信号によってスイッチング駆動される。この結果、交流入力電流は交流入力電圧と同一波形となるように制御されて、力率がほぼ1に近付くようにして力率改善が図られることになる。また、この場合には、乗算器によって生成される電流指令値は、整流電圧の変動差分に応じて振幅が変化するように制御されるため、整流電圧の変動も抑制されることになる。   Furthermore, the multiplier 11 in this case compares the current command value with the actual AC input current level (detected based on the input from the current detection line LI), and performs PWM control on the PWM signal according to this difference. And generate a drive signal based on the PWM signal. The switching element Q is switched by this drive signal. As a result, the AC input current is controlled to have the same waveform as the AC input voltage, and the power factor is improved so that the power factor approaches one. In this case, the current command value generated by the multiplier is controlled such that the amplitude changes according to the fluctuation difference of the rectified voltage, so that the fluctuation of the rectified voltage is also suppressed.

図16(a)は、図15に示したアクティブフィルタ回路に入力される入力電圧Vin及び入力電流Iinを示している。電圧Vinは、ブリッジ整流回路Diの整流出力としての電圧波形に対応し、電流Iinは、ブリッジ整流回路Diの整流出力としての電流波形に対応する。ここで、電流Iinの波形は、ブリッジ整流回路Diの整流出力電圧(電圧Vin)と同じ導通角となっているが、これは、商用交流電源ACからブリッジ整流回路Diに流れる交流入力電流の波形も、この電流Iinと同じ導通角となっていることを示す。つまり、ほぼ1に近い力率が得られている。   FIG. 16A shows the input voltage Vin and the input current Iin input to the active filter circuit shown in FIG. The voltage Vin corresponds to the voltage waveform as the rectified output of the bridge rectifier circuit Di, and the current Iin corresponds to the current waveform as the rectified output of the bridge rectifier circuit Di. Here, the waveform of the current Iin has the same conduction angle as the rectified output voltage (voltage Vin) of the bridge rectifier circuit Di. This is the waveform of the AC input current flowing from the commercial AC power supply AC to the bridge rectifier circuit Di. Also indicates that the conduction angle is the same as that of the current Iin. That is, a power factor close to 1 is obtained.

また、図16(b)は、出力コンデンサCoutに入出力するエネルギー(電力)Pchgの変化を示す。出力コンデンサCoutは、入力電圧Vinが高いときにエネルギーを蓄え、入力電圧Vinが低いときにエネルギーを放出して、出力電力の流れを維持する。   FIG. 16B shows a change in energy (power) Pchg input / output to / from the output capacitor Cout. The output capacitor Cout stores energy when the input voltage Vin is high, and releases energy when the input voltage Vin is low to maintain the flow of output power.

図16(c)は、出力コンデンサCoutに対する充放電電流Ichgの波形を示している。この充放電電流Ichgは、図16(b)の入出力エネルギーPchgの波形と同位相となっていることからも分かるように、出力コンデンサCoutにおけるエネルギーPchgの蓄積/放出動作に対応して流れる電流である。   FIG. 16C shows a waveform of the charge / discharge current Ichg with respect to the output capacitor Cout. This charge / discharge current Ichg flows in correspondence with the energy Pchg accumulation / discharge operation in the output capacitor Cout, as can be seen from the fact that it is in phase with the waveform of the input / output energy Pchg in FIG. It is.

充放電電流Ichgは、入力電流Iinとは異なり、交流ライン電圧(商用交流電源AC)の第2高調波とほぼ同一の波形となる。交流ライン電圧には、出力コンデンサCoutとの間のエネルギーの流れによって、図16(d)に示すようにして、第2高調波成分にリップル電圧Vdが生じる。このリップル電圧Vdは、無効なエネルギー保存のために、図16(c)に示す充放電電流Ichgに対して、90°の位相差を有する。出力コンデンサCoutの定格は、第2高調波のリップル電流と、その電流を変調するブースト・コンバータ・スイッチからの高周波リップル電流を処理することを考慮して決定するようにされる。   Unlike the input current Iin, the charge / discharge current Ichg has substantially the same waveform as the second harmonic of the AC line voltage (commercial AC power supply AC). In the AC line voltage, a ripple voltage Vd is generated in the second harmonic component as shown in FIG. 16D due to the flow of energy with the output capacitor Cout. The ripple voltage Vd has a phase difference of 90 ° with respect to the charge / discharge current Ichg shown in FIG. The rating of the output capacitor Cout is determined in consideration of processing the second harmonic ripple current and the high frequency ripple current from the boost converter switch that modulates the current.

また、図17には、先の図15の回路構成を基として、基本的なコントロール回路系を備えたアクティブフィルタの構成例を示している。なお、図15と同一とされる部分については同一符号を付して説明を省略する。   FIG. 17 shows a configuration example of an active filter having a basic control circuit system based on the circuit configuration of FIG. In addition, about the part made the same as FIG. 15, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と、出力コンデンサCoutの正極端子間には、スイッチングプリレギュレータ51が備えられる。このスイッチングプリレギュレータ51は、図15においては、スイッチング素子Q、インダクタL、及びダイオードDなどにより形成される部位となる。   A switching pre-regulator 51 is provided between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the output capacitor Cout. The switching preregulator 51 is a part formed by the switching element Q, the inductor L, the diode D, and the like in FIG.

そして、乗算器11を含むコントロール回路系は、他に、誤差電圧増幅器12、除算器13、二乗器14を備えて成る。誤差電圧増幅器12では、出力コンデンサCoutの直流電圧Voutを、分圧抵抗Rvo−Rvdにより分圧してオペアンプ15の非反転入力に入力する。オペアンプ15の反転入力には基準電圧Vrefが入力される。オペアンプ15では、基準電圧Vrefに対する分圧された直流電圧Voutの誤差に応じたレベルの電圧を、帰還抵抗Rvl、コンデンサCvlによって決定される増幅率により増幅して、誤差出力電圧Vveaとして除算器13に出力する。   The control circuit system including the multiplier 11 includes an error voltage amplifier 12, a divider 13, and a squarer 14 in addition. In the error voltage amplifier 12, the DC voltage Vout of the output capacitor Cout is divided by a voltage dividing resistor Rvo-Rvd and input to the non-inverting input of the operational amplifier 15. A reference voltage Vref is input to the inverting input of the operational amplifier 15. The operational amplifier 15 amplifies a voltage of a level corresponding to the error of the divided DC voltage Vout with respect to the reference voltage Vref by an amplification factor determined by the feedback resistor Rvl and the capacitor Cvl, and outputs the error output voltage Vvea to the divider 13. Output to.

また、二乗器14には、いわゆるフィードフォワード電圧Vffが入力される。このフィードフォワード電圧Vffは、入力電圧Vinを平均化回路16(Rf11,Rf12,Rf13,Cf11,Cf12)により平均化した出力(平均入力電圧)とされる。二乗器14では、このフィードフォワード電圧Vffを二乗して除算器13に出力する。   Further, a so-called feedforward voltage Vff is input to the squarer 14. The feedforward voltage Vff is an output (average input voltage) obtained by averaging the input voltage Vin by the averaging circuit 16 (Rf11, Rf12, Rf13, Cf11, Cf12). The squarer 14 squares the feedforward voltage Vff and outputs it to the divider 13.

除算器13では、誤差電圧増幅器12からの誤差出力電圧Vveaについて、二乗器14から出力された平均入力電圧の二乗値により除算を行い、この除算結果としての信号を乗算器11に出力する。つまり、電圧ループは、二乗器14、除算器13、乗算器11の系から成るものとされる。そして、誤差電圧増幅器12から出力される誤差出力電圧Vveaは、乗算器11で整流入力信号Ivacにより乗算される前の段階で、平均入力電圧(Vff)の二乗により除算されることになる。この回路によって、電圧ループの利得は、平均入力電圧(Vff)の二乗として変化することなく、一定に維持される。平均入力電圧(Vff)は、電圧ループ内において順方向に送られる開ループ補正の機能を有する。   The divider 13 divides the error output voltage Vvea from the error voltage amplifier 12 by the square value of the average input voltage output from the squarer 14, and outputs a signal as a result of the division to the multiplier 11. That is, the voltage loop is made up of a system of a squarer 14, a divider 13, and a multiplier 11. The error output voltage Vvea output from the error voltage amplifier 12 is divided by the square of the average input voltage (Vff) before being multiplied by the rectified input signal Ivac in the multiplier 11. With this circuit, the gain of the voltage loop is kept constant without changing as the square of the average input voltage (Vff). The average input voltage (Vff) has a function of open loop correction that is sent forward in the voltage loop.

乗算器11には、除算器13により誤差出力電圧Vveaを除算した出力と、抵抗Rvacを介したブリッジ整流回路Diの正極出力端子(整流出力ライン)の整流出力(Iac)が入力される。ここでは、整流出力を電圧によるのではなく、電流(Iac)として示している。乗算器11では、これらの入力を乗算することによって、電流プログラミング信号(乗算器出力信号)Imoを生成して出力する。これは、図15にて説明した電流指令値に相当する。出力電圧Voutは、この電流プログラミング信号の平均振幅を可変することで制御される。つまり、電流プログラミング信号の平均振幅の変化に応じたPWM信号が生成され、このPWM信号に基づいたドライブ信号によってスイッチング駆動が行われることによって、出力電圧Voutのレベルをコントロールするものである。   The multiplier 11 receives the output obtained by dividing the error output voltage Vvea by the divider 13 and the rectified output (Iac) of the positive output terminal (rectified output line) of the bridge rectifier circuit Di via the resistor Rvac. Here, the rectified output is shown not as a voltage but as a current (Iac). The multiplier 11 multiplies these inputs to generate and output a current programming signal (multiplier output signal) Imo. This corresponds to the current command value described with reference to FIG. The output voltage Vout is controlled by varying the average amplitude of this current programming signal. That is, a PWM signal corresponding to a change in the average amplitude of the current programming signal is generated, and switching drive is performed by a drive signal based on the PWM signal, thereby controlling the level of the output voltage Vout.

したがって、電流プログラミング信号は、入力電圧と出力電圧を制御する平均振幅の波形を有する。なお、アクティブフィルタは、出力電圧Voutのみではなく、入力電流Vinも制御するようになっている。そして、フィードフォワード回路における電流ループは、整流ライン電圧によってプログラムされるということがいえるので、後段のコンバータ(負荷50)への入力は抵抗性になる。   Thus, the current programming signal has an average amplitude waveform that controls the input and output voltages. Note that the active filter controls not only the output voltage Vout but also the input current Vin. Since the current loop in the feedforward circuit can be said to be programmed by the rectified line voltage, the input to the subsequent converter (load 50) becomes resistive.

図18は、図15に示した構成に基づくアクティブフィルタの後段に対して、電流共振形コンバータを接続して成る電源回路の構成例を示している。この図に示す電源回路において、電流共振形コンバータとしては、他励式のハーフブリッジ結合方式による構成を採る。   FIG. 18 shows a configuration example of a power supply circuit in which a current resonance type converter is connected to the subsequent stage of the active filter based on the configuration shown in FIG. In the power supply circuit shown in this figure, the current resonance type converter adopts a configuration of a separately excited half bridge coupling method.

先ず、この図18に示す電源回路においては、商用交流電源ACに対して、図示する接続態様により、2組のラインフィルタトランスLFT,LFTと、3組のアクロスコンデンサCLが接続され、この後段に、図示する突入電流制限回路22を介してブリッジ整流回路Diが接続される。この突入電流制限回路22としては、突入電流制限抵抗RiとスイッチSWとによる並列接続回路から成り、例えば外部からの信号でスイッチSWがオフとされることで、電源回路起動時における商用交流電源側からの突入電流の流入が制限される。   First, in the power supply circuit shown in FIG. 18, two sets of line filter transformers LFT and LFT and three sets of across capacitors CL are connected to the commercial AC power supply AC according to the illustrated connection mode. The bridge rectifier circuit Di is connected through the inrush current limiting circuit 22 shown in the figure. The inrush current limiting circuit 22 includes a parallel connection circuit including an inrush current limiting resistor Ri and a switch SW. For example, when the switch SW is turned off by an external signal, the commercial AC power supply side at the time of starting the power supply circuit Inrush current flow from is restricted.

そして、ブリッジ整流回路Diの整流出力ラインには、1組のチョークコイルLNと、2組のフィルタコンデンサ(フィルムコンデンサ)CNを図示するようにして接続して成るノーマルモードノイズフィルタ24が接続されている。   The rectified output line of the bridge rectifier circuit Di is connected to a normal mode noise filter 24 formed by connecting one set of choke coils LN and two sets of filter capacitors (film capacitors) CN as shown in the figure. Yes.

ブリッジ整流回路Diの正極出力端子は、チョークコイルLNと、パワーチョークコイルPCCのインダクタLpcと、高速リカバリ型の整流ダイオードD10の直列接続を介して、平滑コンデンサCiの正極端子と接続される。この平滑コンデンサCiは、図15、図17における出力コンデンサCoutに相当する。また、パワーチョークコイルPCCのインダクタLpcと整流ダイオードD10は、それぞれ、図15に示したインダクタLとダイオードDに相当する。また、この図における整流ダイオードD10には、コンデンサCsn−抵抗Rsnから成るRCスナバ回路が並列に接続される。   The positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci via a series connection of the choke coil LN, the inductor Lpc of the power choke coil PCC, and the fast recovery type rectifier diode D10. The smoothing capacitor Ci corresponds to the output capacitor Cout in FIGS. Further, the inductor Lpc and the rectifier diode D10 of the power choke coil PCC correspond to the inductor L and the diode D shown in FIG. In addition, an RC snubber circuit including a capacitor Csn and a resistor Rsn is connected in parallel to the rectifier diode D10 in this figure.

スイッチング素子Q6は、図15におけるスイッチング素子Qに相当する。つまり、実際にアクティブフィルタのスイッチング素子を実装するのにあたって、この場合にはスイッチング素子Q6をパワーチョークコイルLpcと高速リカバリ型の整流ダイオードD10の接続点と、一次側アース(負極整流出力ライン)との間に挿入するようにしている。この場合のスイッチング素子Q6にはMOS−FETが選定されている。そして、スイッチング素子Q6のゲート−ソース間にはゲート−ソース間抵抗R52が接続されている。   The switching element Q6 corresponds to the switching element Q in FIG. That is, in actually mounting the switching element of the active filter, in this case, the switching element Q6 is connected to the connection point between the power choke coil Lpc and the fast recovery type rectifier diode D10, and the primary side ground (negative rectified output line). It is inserted between. In this case, a MOS-FET is selected as the switching element Q6. A gate-source resistor R52 is connected between the gate and source of the switching element Q6.

アクティブフィルタコントロール回路20は、この場合には力率を1に近づけるように力率改善を行うアクティブフィルタの動作を制御するもので、例えば1石の集積回路(IC)とされている。この場合、アクティブフィルタコントロール回路20は、乗算器、除算器、誤差電圧増幅器、PWM制御回路、及びスイッチング素子をスイッチング駆動するためのドライブ信号を出力するドライブ回路等を備えて構成される。図17に示した乗算器11、誤差電圧増幅器12、除算器13、及び二乗器14などに相当する回路部は、このアクティブフィルタコントロール回路20内に搭載される。   In this case, the active filter control circuit 20 controls the operation of the active filter for improving the power factor so that the power factor is close to 1, and is, for example, a single stone integrated circuit (IC). In this case, the active filter control circuit 20 includes a multiplier, a divider, an error voltage amplifier, a PWM control circuit, a drive circuit that outputs a drive signal for switching the switching element, and the like. Circuit sections corresponding to the multiplier 11, error voltage amplifier 12, divider 13, and squarer 14 shown in FIG. 17 are mounted in the active filter control circuit 20.

この場合、フィードバック回路は平滑コンデンサCiの両端電圧(整流平滑電圧Ei)を分圧抵抗R56,R57により分圧した電圧値を、アクティブフィルタコントロール回路20の端子T1に入力するようにして形成される。   In this case, the feedback circuit is formed so that the voltage value obtained by dividing the voltage across the smoothing capacitor Ci (rectified smoothing voltage Ei) by the voltage dividing resistors R56 and R57 is input to the terminal T1 of the active filter control circuit 20. .

また、フィードフォワード回路としては、先ず、抵抗R58を介して整流出力が端子T3に入力される。これによって、交流入力電圧波形の検出と、平均化回路のための対応するフィードフォワード回路が形成されている。   As the feedforward circuit, first, the rectified output is input to the terminal T3 via the resistor R58. This forms an AC input voltage waveform detection and corresponding feedforward circuit for the averaging circuit.

また、ブリッジ整流回路Diの負極出力端子と一次側アース間に挿入される抵抗R61との接続点から、抵抗R60を介して、端子T6に対して整流電流レベルを入力するようにしている。つまり、図17における電流検出ラインLIに相当するラインとしてのフィードフォワード回路が形成されている。   Further, the rectified current level is input to the terminal T6 through the resistor R60 from the connection point between the negative output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the resistor R61 inserted between the primary side ground. That is, a feedforward circuit is formed as a line corresponding to the current detection line LI in FIG.

また、端子T4には、起動抵抗Rsを介したブリッジ整流回路Diの正極の整流出力が、起動電圧として入力されている。アクティブフィルタコントロール回路20は、電源起動時において、この端子T4に入力される起動電圧によって起動される。   Further, the positive rectified output of the bridge rectifier circuit Di via the starting resistor Rs is input to the terminal T4 as the starting voltage. The active filter control circuit 20 is activated by the activation voltage input to the terminal T4 when the power supply is activated.

また、パワーチョークコイルPCCにおいては、インダクタLpcとトランス結合された巻線N5が巻装されている。この巻線N5に励起された交番電圧は、ダイオードD11及びコンデンサC11とから成る半波整流回路により所定の低圧直流電圧に変換されるが、端子T4には、この低圧直流電圧も入力されている。アクティブフィルタコントロール回路20は、上記起動電圧により起動した後は、この低圧直流電圧を電源として入力して動作するようになっている。また、端子T5は、抵抗R59を介して、一次側アースと接続されている。   In the power choke coil PCC, a winding N5 that is transformer-coupled with the inductor Lpc is wound. The alternating voltage excited in the winding N5 is converted into a predetermined low-voltage DC voltage by a half-wave rectifier circuit comprising a diode D11 and a capacitor C11. This low-voltage DC voltage is also input to the terminal T4. . After being activated by the activation voltage, the active filter control circuit 20 is operated by inputting this low-voltage DC voltage as a power source. The terminal T5 is connected to the primary side ground via a resistor R59.

端子T2からは、スイッチング素子を駆動するためのドライブ信号が出力される。そして、この端子T2から出力されたドライブ信号は、抵抗R51を介してスイッチング素子Q6のゲートに対して出力される。   A drive signal for driving the switching element is output from the terminal T2. The drive signal output from the terminal T2 is output to the gate of the switching element Q6 via the resistor R51.

スイッチング素子Q6では、印加されるドライブ信号に応じて、ゲート−ソース間抵抗R52の両端にゲート電圧が発生するようになっている。そして、ゲート電圧が閾値以上となることでオンとなり、閾値以下となるとオフとなるようにしてスイッチング動作を行う。   In the switching element Q6, a gate voltage is generated at both ends of the gate-source resistor R52 in accordance with an applied drive signal. Then, the switching operation is performed so that the gate voltage is turned on when the gate voltage becomes equal to or higher than the threshold value, and turned off when the gate voltage becomes lower than the threshold value.

そして、スイッチング素子Q6のスイッチング駆動は、図15及び図17により説明したようにして、整流出力電流の導通角が、整流出力電圧波形とほぼ同等の導通角となるように、PWM制御に基づくドライブ信号によって行われる。整流出力電流の導通角が整流出力電圧波形とほぼ同等の導通角となるということは、即ち、商用交流電源ACから流入する交流入力電流の導通角が、交流入力電圧VACの波形とほぼ同じ導通角となることであり、結果的に、力率がほぼ1となるように制御されることになる。つまり、力率改善が図られる。実際においては、力率PF=0.99〜0.98となる特性が得られている。   The switching drive of the switching element Q6 is a drive based on PWM control so that the conduction angle of the rectified output current is substantially the same as the rectified output voltage waveform as described with reference to FIGS. Done by signal. The conduction angle of the rectified output current is substantially the same as the rectified output voltage waveform. That is, the conduction angle of the AC input current flowing from the commercial AC power supply AC is substantially the same as the waveform of the AC input voltage VAC. As a result, the power factor is controlled to be approximately 1. That is, power factor improvement is achieved. In practice, a characteristic of power factor PF = 0.99 to 0.98 is obtained.

また、この図18に示すアクティブフィルタコントロール回路20によっては、整流平滑電圧Ei(図17では、Voutに相当する)=375Vの平均値について、交流入力電圧VAC=85V〜288Vの範囲で定電圧化するようにも動作する。つまり、後段の電流共振形コンバータには、交流入力電圧VAC=85V〜288Vの変動範囲に関わらず、375Vで安定化された直流入力電圧が供給されることとなる。   Further, depending on the active filter control circuit 20 shown in FIG. 18, the average value of the rectified and smoothed voltage Ei (corresponding to Vout in FIG. 17) = 375 V is constant in the range of AC input voltage VAC = 85 V to 288 V. Also works. That is, a DC input voltage stabilized at 375 V is supplied to the subsequent-stage current resonance type converter regardless of the fluctuation range of the AC input voltage VAC = 85 V to 288 V.

交流入力電圧VAC=85V〜288Vの範囲は、商用交流電源AC100V系と200V系を連続的にカバーするものであり、従って、後段のスイッチングコンバータには、商用交流電源AC100V系と200V系とで、同じレベルで安定化された直流入力電圧(Ei)が供給されることとなる。つまり、図18に示す電源回路は、アクティブフィルタを備えることで、ワイドレンジの電源回路としても構成されている。   The range of the AC input voltage VAC = 85V to 288V continuously covers the commercial AC power supply AC100V system and the 200V system. Therefore, the switching converter at the subsequent stage includes the commercial AC power supply AC100V system and the 200V system, The DC input voltage (Ei) stabilized at the same level is supplied. That is, the power supply circuit shown in FIG. 18 is configured as a wide-range power supply circuit by including an active filter.

アクティブフィルタの後段の電流共振形コンバータは、図示するようにして、2石のスイッチング素子Q1,Q2を備えて成る。この場合には、スイッチング素子Q1がハイサイドで、スイッチング素子Q2がローサイドとなるようにしてハーフブリッジ接続し、整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)に対して並列に接続している。つまり、ハーフブリッジ結合方式による電流共振形コンバータを形成している。   As shown in the figure, the current resonance converter at the latter stage of the active filter includes two switching elements Q1 and Q2. In this case, a half-bridge connection is made such that the switching element Q1 is on the high side and the switching element Q2 is on the low side, and the switching element Q1 is connected in parallel with the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage). That is, a current resonance type converter by a half bridge coupling method is formed.

この場合の電流共振形コンバータは他励式とされ、これに対応してスイッチング素子Q1,Q2には、MOS−FETが用いられている。これらスイッチング素子Q1,Q2に対しては、それぞれ並列にダンパーダイオード DD1,DD2が接続され、これによりスイッチング回路が形成される。これらダンパーダイオード DD1,DD2は、スイッチング素子Q1,Q2のターンオフ時における逆方向電流を流す経路を形成する。   In this case, the current resonance type converter is a separately excited type, and corresponding to this, MOS-FETs are used for the switching elements Q1 and Q2. Damper diodes DD1 and DD2 are connected in parallel to these switching elements Q1 and Q2, respectively, thereby forming a switching circuit. These damper diodes DD1, DD2 form a path through which a reverse current flows when the switching elements Q1, Q2 are turned off.

スイッチング素子Q1,Q2は、ドライブ回路21によって、交互にオン/オフとなるタイミングによって所要のスイッチング周波数によりスイッチング駆動される。また、ドライブ回路21は、後述する二次側直流出力電圧Eoのレベルに応じてスイッチング周波数を可変制御し、これにより、二次側直流出力電圧Eoの安定化を図るようにされる。   The switching elements Q1 and Q2 are driven to be switched by the drive circuit 21 at a required switching frequency at the timing when they are alternately turned on / off. The drive circuit 21 variably controls the switching frequency in accordance with the level of a secondary side DC output voltage Eo described later, thereby stabilizing the secondary side DC output voltage Eo.

コンバータトランスPITは、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力を一次側から二次側に伝送するために設けられる。コンバータトランスPITの一次巻線N1の一方の端部は、スイッチング素子Q1,Q2の接続点(スイッチング出力点)に対して接続され、他方の端部は、一次側直列共振コンデンサC1を介して一次側アースに接続される。ここで、一次側直列共振コンデンサC1は、自身のキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンス(L1)とによって直列共振回路を形成する。この直列共振回路は、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力が供給されることで共振動作を生じるが、これによって、スイッチング素子Q1,Q2から成るスイッチング回路の動作を電流共振形とする。   Converter transformer PIT is provided to transmit the switching outputs of switching elements Q1, Q2 from the primary side to the secondary side. One end of the primary winding N1 of the converter transformer PIT is connected to a connection point (switching output point) of the switching elements Q1 and Q2, and the other end is primary through the primary side series resonance capacitor C1. Connected to side ground. Here, the primary side series resonance capacitor C1 forms a series resonance circuit by its own capacitance and the leakage inductance (L1) of the primary winding N1. This series resonance circuit causes a resonance operation when the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 are supplied. By this, the operation of the switching circuit composed of the switching elements Q1 and Q2 is made a current resonance type.

ここでの図示による説明は省略するが、上述したコンバータトランスPITの構造としては、例えばフェライト材によるE型コアを組み合わせたEE型コアを備える。そして、一次側と二次側とで巻装部位を分割したうえで、一次巻線N1と二次巻線N2とを、EE型コアの内磁脚に対して巻装している。また、コンバータトランスPITのEE型コアの内磁脚に対しては1.0mm程度以下のギャップを形成するようにして、一次巻線N1と二次巻線N2とで0.80〜0.90程度の結合係数を得るようにしている。   Although the description by illustration here is abbreviate | omitted, as a structure of the converter transformer PIT mentioned above, the EE type | mold core which combined the E type | mold core by the ferrite material is provided, for example. Then, after the winding part is divided between the primary side and the secondary side, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound around the inner magnetic leg of the EE core. Further, a gap of about 1.0 mm or less is formed with respect to the inner magnetic leg of the EE type core of the converter transformer PIT, and the primary winding N1 and the secondary winding N2 are about 0.80 to 0.90. The coupling coefficient is obtained.

コンバータトランスPITの二次巻線N2に対しては、図示するようにしてセンタータップを施し二次側アースに接続した上で、図示するようにして整流ダイオードDo1,Do2、及び平滑コンデンサCoから成る両波整流回路を接続している。これにより、平滑コンデンサCoの両端電圧として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、図示しない負荷側に供給されるとともに、ドライブ回路21のための検出電圧としても分岐して入力される。前述もしたように、ドライブ回路21は、入力される二次側直流出力電圧Eoのレベルに基づいて、二次側直流出力電圧Eoが安定化されるように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,Q2を駆動する。つまり、スイッチング周波数制御方式による安定化を行う。   The secondary winding N2 of the converter transformer PIT is provided with a center tap as shown in the figure and connected to the secondary side ground, and then comprises rectifier diodes Do1 and Do2 and a smoothing capacitor Co as shown in the figure. Both wave rectifier circuits are connected. As a result, the secondary side DC output voltage Eo is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Co. The secondary side DC output voltage Eo is supplied to a load side (not shown) and is also branched and input as a detection voltage for the drive circuit 21. As described above, the drive circuit 21 switches the switching frequency so that the secondary side DC output voltage Eo is stabilized based on the level of the input secondary side DC output voltage Eo. Elements Q1 and Q2 are driven. That is, stabilization by the switching frequency control method is performed.

これまでの説明から分かるように、図18に示した電源回路は、従来から知られている図15及び図17に示したアクティブフィルタを実装して構成されている。このような構成を採ることによって、力率改善を図っている。しかしながら、図18に示した構成による電源回路は次のような問題を有している。   As can be seen from the above description, the power supply circuit shown in FIG. 18 is configured by mounting the conventionally known active filter shown in FIGS. 15 and 17. By adopting such a configuration, the power factor is improved. However, the power supply circuit having the configuration shown in FIG. 18 has the following problems.

図18の電源回路について実際に実験を行った結果、アクティブフィルタでのAC→DC電力変換効率(ηAC→DCとしては、交流入力電圧VAC=100V時ではηAC→DC=92%程度、交流入力電圧VAC=230Vの条件ではηAC→DC=95%程度となった。   As a result of actual experiments on the power supply circuit of FIG. 18, the AC → DC power conversion efficiency in the active filter (ηAC → DC is about ηAC → DC = 92% when the AC input voltage VAC = 100V, AC input voltage Under the condition of VAC = 230V, ηAC → DC = 95%.

また、アクティブフィルタにより生成する直流入力電圧Eiの平均値が上述したEi=375Vの条件で、負荷電力Po=300Wとされた場合での電流共振形コンバータの電力変換効率は、ηDC→DC=94%程度である。   Further, the power conversion efficiency of the current resonance type converter when the average value of the DC input voltage Ei generated by the active filter is set to Ei = 375 V and the load power Po = 300 W is ηDC → DC = 94 %.

このために、図18に示した回路の総合効率は、前段のアクティブフィルタでの電力変換効率と電流共振形コンバータの電力変換効率との積で表され、VAC=100V時においてηAC→DC=86.5%程度となる。また、VAC=230V時の総合効率は、ηAC→DC=89.3%程度となり、90%以上の効率を得ることができない。   For this reason, the total efficiency of the circuit shown in FIG. 18 is represented by the product of the power conversion efficiency of the active filter in the previous stage and the power conversion efficiency of the current resonant converter, and ηAC → DC = 86 at VAC = 100V. About 5%. Further, the overall efficiency at VAC = 230 V is about ηAC → DC = 89.3%, and an efficiency of 90% or more cannot be obtained.

また、アクティブフィルタ回路はハードスイッチング動作であることから、ノイズの発生レベルが非常に大きいため、比較的重度のノイズ抑制対策が必要となる。このため、図18に示した回路では、商用交流電源ACのラインに対して、コモンモードノイズを抑制するために2組のラインフィルタトランスLFTと、3組のアクロスコンデンサによるノイズフィルタを形成している。つまり、2段以上のラインノイズフィルタが必要となっている。   In addition, since the active filter circuit is a hard switching operation, the level of noise generation is very high, and thus a relatively severe noise suppression measure is required. For this reason, in the circuit shown in FIG. 18, a noise filter composed of two sets of line filter transformers LFT and three sets of across capacitors is formed on the line of the commercial AC power supply AC in order to suppress common mode noise. Yes. That is, two or more stages of line noise filters are required.

また、整流出力ラインに対しては、1組のチョークコイルLNと、2組のフィルタコンデンサCNから成るノーマルモードノイズフィルタを設けている。更に、整流用の高速リカバリ型の整流ダイオードD10に対しては、RCスナバ回路を設けている。このようにして、実際の回路としては、非常に多くの部品点数によるノイズ対策が必要であり、回路構成の複雑化やコストアップ、及び電源回路基板の実装面積の大型化を招いている。   Further, a normal mode noise filter including one set of choke coils LN and two sets of filter capacitors CN is provided for the rectified output line. Further, an RC snubber circuit is provided for the rectifying fast recovery type rectifying diode D10. Thus, an actual circuit requires countermeasures against noise due to a very large number of parts, resulting in a complicated circuit configuration and an increase in cost, and an increase in the mounting area of the power supply circuit board.

更に、汎用ICとしてのアクティブフィルタコントロール回路20によって動作するスイッチング素子Q6のスイッチング周波数は固定であるのに対して、後段の電流共振形コンバータのスイッチング周波数は、例えば80kHz〜200kHz程度の範囲で可変する。このようにして両者のスイッチングタイミングが個々に独立して行われることで、両者のスイッチング動作により、一次側アース電位は干渉しあって不安定になり、例えば異常発振が生じやすくなる。これにより、例えば回路設計が難しいものとなり、また、信頼性を劣化させるなどの問題も招くことになる。   Furthermore, while the switching frequency of the switching element Q6 operated by the active filter control circuit 20 as a general-purpose IC is fixed, the switching frequency of the subsequent current resonance type converter varies within a range of about 80 kHz to 200 kHz, for example. . Since the switching timings of the two are independently performed in this way, the primary side ground potential interferes and becomes unstable due to the switching operation of the two, and abnormal oscillation is likely to occur, for example. As a result, for example, circuit design becomes difficult, and problems such as deterioration in reliability are caused.

そこで、本発明では上述してきた各種の問題点に鑑み、スイッチング電源回路として下記のように構成することとした。   Therefore, in the present invention, in view of the various problems described above, the switching power supply circuit is configured as follows.

つまり、商用交流電源を入力して整流平滑電圧を生成するものとされ、入力される商用交流電源のレベルに応じて、商用交流電源レベルの等倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する等倍電圧整流動作と、商用交流電源レベルの所定倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する倍電圧整流動作とで切り換えが行われる整流平滑手段を備える。   That is, a commercial AC power supply is input to generate a rectified and smoothed voltage, and the rectified and smoothed voltage having a level corresponding to the commercial AC power supply level is generated according to the level of the input commercial AC power supply. A rectifying / smoothing means that is switched between an equal voltage rectifying operation and a voltage rectifying operation that generates the rectified and smoothed voltage at a level corresponding to a predetermined multiple of the commercial AC power supply level is provided.

また、上記整流平滑手段から供給される整流電圧のスイッチングを行うスイッチング素子を有して形成される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駆動信号を発生するスイッチング駆動手段と、を備える。   In addition, there are provided switching means having a switching element for switching the rectified voltage supplied from the rectifying / smoothing means, and switching drive means for generating a drive signal for switching the switching element.

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たスイッチング出力が供給される一次巻線と、この一次巻線により交番電圧が誘起される二次巻線とが巻装されて形成されたコンバータトランスを備える。   A converter 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 primary winding. A transformer is provided.

また、少なくとも、上記コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直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一次側直列共振回路と、少なくとも、上記コンバータトランスの二次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記二次巻線に直列接続された二次側直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直列共振回路と、を備える。   A primary side series resonant circuit formed by at least a leakage inductance component of the primary winding of the converter transformer and a capacitance of a primary side series resonant capacitor connected in series to the primary winding; and at least the converter transformer. And a secondary side series resonance circuit formed by a leakage inductance component of the secondary winding and a capacitance of a secondary side series resonance capacitor connected in series to the secondary winding.

また、上記二次側直列共振回路に得られる共振出力を入力して整流動作を行って二次側直流出力電圧を生成する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、上記駆動信号の周波数を変化させて上記二次側直流出力電圧を所定の電圧値とする電圧制御手段と、を備える。   Further, a secondary side DC output voltage generating means for generating a secondary side DC output voltage by performing a rectifying operation by inputting a resonance output obtained in the secondary side series resonance circuit, and a secondary side DC output voltage of the secondary side DC output voltage Voltage control means for changing the frequency of the drive signal according to the level and setting the secondary side DC output voltage to a predetermined voltage value.

また、上記一次側直列共振回路または上記二次側直列共振回路に流れる電流に応じた電流を上記整流平滑手段に供給して力率を改善する力率改善回路と、を備える。   And a power factor correction circuit for improving a power factor by supplying a current corresponding to a current flowing through the primary side series resonant circuit or the secondary side series resonant circuit to the rectifying and smoothing means.

そして、一次側直列共振回路と二次側直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、駆動信号の周波数に対する二次側直流出力電圧の出力特性が単峰特性となるようにしたことを特徴とした。   Then, with respect to the electromagnetic coupling type resonance circuit formed by including the primary side series resonance circuit and the secondary side series resonance circuit, the output characteristic of the secondary side DC output voltage with respect to the frequency of the drive signal becomes a single peak characteristic. It was characterized by that.

上記構成によるスイッチング電源回路では、入力される商用交流電源のレベルに応じて、等倍電圧整流動作と、倍電圧整流動作との切り換えが行われる整流平滑手段を有するので、整流平滑手段からスイッチング手段に供給される電圧の範囲は、狭いものとすることができ、広い範囲の商用交流電源のレベルに対応が可能となる。更に、コンバータトランスの一次巻線と、二次巻線と、一次側直列共振コンデンサと、二次側直列共振コンデンサとによって形成される電磁結合形共振回路の出力特性が単峰特性となるようにしたことを特徴とするので、スイッチング素子の駆動信号の狭い周波数範囲で、二次側直流出力電圧生成手段から得られる二次側直流出力電圧を所定の電圧値とすることができる。
そして、一次側直列共振回路または二次側直列共振回路に流れる電流に応じた電流を整流平滑手段に供給して力率を改善する力率改善回路を有するので、力率を良好なものとできる。
The switching power supply circuit having the above configuration includes the rectifying / smoothing means for switching between the equal voltage rectifying operation and the voltage doubler rectifying operation according to the level of the commercial AC power input. The range of the voltage supplied to can be made narrow, and it is possible to cope with a wide range of commercial AC power supply levels. Furthermore, the output characteristics of the electromagnetically coupled resonant circuit formed by the primary winding, secondary winding, primary side series resonant capacitor, and secondary side series resonant capacitor of the converter transformer are unimodal. Therefore, the secondary side DC output voltage obtained from the secondary side DC output voltage generating means can be set to a predetermined voltage value in a narrow frequency range of the drive signal of the switching element.
And since it has the power factor improvement circuit which supplies the electric current according to the electric current which flows into a primary side series resonance circuit or a secondary side series resonance circuit to a rectification smoothing means and improves a power factor, it can make a power factor favorable. .

このようにして本発明によれば、商用交流電源レベルの等倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する等倍電圧整流動作と、商用交流電源レベルの所定倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する倍電圧整流動作とで切り換えが行われる整流平滑手段を備えるので、高効率を維持しながら広い電源電圧の範囲の商用交流電源に対応できる。   In this way, according to the present invention, the equal voltage rectification operation for generating the rectified and smoothed voltage at a level corresponding to the commercial AC power supply level and the rectification at the level corresponding to the predetermined multiple of the commercial AC power supply level. Since the rectifying / smoothing means that is switched between the voltage doubler rectifying operation for generating the smoothing voltage is provided, it is possible to deal with a commercial AC power supply in a wide power supply voltage range while maintaining high efficiency.

また、駆動信号の周波数に対する二次側直流出力電圧の出力特性が単峰特性となるようにしたので、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、ノイズを抑制するためにフィルタの帯域も狭くて良く、ノイズフィルタの簡略化ができる。   In addition, since the output characteristic of the secondary side DC output voltage with respect to the frequency of the drive signal has become a single peak characteristic, the variable control range (necessary control range) of the switching frequency necessary for constant voltage control is reduced, and noise is reduced. In order to suppress, the filter band may be narrow, and the noise filter can be simplified.

また、力率改善機能を有する共振形コンバータとして、アクティブフィルタを備えない構成を採ることができる。そして、例えばアクティブフィルタによって力率改善を図る電源回路よりも電力変換効率が向上される。   In addition, as a resonant converter having a power factor improving function, a configuration without an active filter can be adopted. For example, power conversion efficiency is improved as compared with a power supply circuit that improves power factor by an active filter.

また、本発明の電源回路としては、アクティブフィルタを構成するための多数の部品素子が不要となる。また、電源回路を構成する電流共振形コンバータ、及び力率改善回路はソフトスイッチング動作であり、スイッチングノイズが大幅に低減されるから、ノイズフィルタを強化する必要もなくなる。このために、先行技術と比較しては、部品点数が大幅に削減されることになって、電源回路サイズの小型/軽量化を図ることが可能となる。また、それだけコストダウンが図られることにもなる。また、更には、アクティブフィルタが省略されたことで、一次側アース電位の干渉が無くなるので、一次側アース電位も安定することとなって、信頼性が向上する。   In addition, the power supply circuit of the present invention does not require a large number of component elements for constituting an active filter. Further, the current resonance type converter and the power factor correction circuit constituting the power supply circuit are soft switching operations, and the switching noise is greatly reduced. Therefore, it is not necessary to strengthen the noise filter. For this reason, compared with the prior art, the number of parts is greatly reduced, and the power circuit size can be reduced / lightened. In addition, the cost can be reduced accordingly. Further, since the active filter is omitted, the interference of the primary side ground potential is eliminated, so that the primary side ground potential is also stabilized and the reliability is improved.

図1は、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態ともいう)における、第1の実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成例を示す回路図である。この図に示す電源回路は、一次側の基本構成として、ハーフブリッジ結合方式による他励式の電流共振形コンバータに対して力率改善回路10が組み合わされた構成を採る。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit as a first embodiment in the best mode for carrying out the present invention (hereinafter also referred to as an embodiment). The power supply circuit shown in this figure employs a configuration in which a power factor correction circuit 10 is combined with a separately excited current resonance converter using a half-bridge coupling method as a basic configuration on the primary side.

また、この図1に示されるスイッチング電源回路としては、AC100V系とAC200V系の双方の入力に対応して動作可能な、いわゆるワイドレンジ対応の構成を採るものとされる。また、この場合の電源回路としては、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装置の電源として備えられることが想定され、例えば、負荷電力Poとして0W(無負荷)〜300Wの負荷変動に対応するものとされる。   Further, the switching power supply circuit shown in FIG. 1 has a so-called wide-range configuration capable of operating in accordance with both AC100V system and AC200V system inputs. In this case, the power supply circuit is assumed to be provided as a power supply for a printer device which is a peripheral device of a personal computer, for example, and corresponds to a load fluctuation of 0 W (no load) to 300 W as the load power Po. It is said.

図2は、図1に示すスイッチング電源回路において、力率改善回路10を設けない回路である。先ず、図2を引用して、商用交流電源ACから整流平滑電圧Eiを得る部分についての回路構成及びその作用の説明を行い、ハーフブリッジ結合方式による他励式の電流共振形コンバータ部分の回路構成及びその作用の説明を行い、最後に、図1に沿って力率改善回路10の回路構成及びその作用を含めた図1に示すスイッチング電源回路の説明を行う。   FIG. 2 is a circuit in which the power factor correction circuit 10 is not provided in the switching power supply circuit shown in FIG. First, referring to FIG. 2, a circuit configuration and a function of a portion that obtains the rectified and smoothed voltage Ei from the commercial AC power supply AC will be described, and a circuit configuration of a separately excited current resonance type converter portion by a half-bridge coupling method will be described. The operation will be described, and finally, the switching power supply circuit shown in FIG. 1 including the circuit configuration of the power factor correction circuit 10 and its operation will be described with reference to FIG.

図2において、商用交流電源ACからの電力は、アクロスコンデンサCL、及びコモンモードチョークコイルCMCによって形成されたコモンモードノイズフィルタに入力されるようになされている。   In FIG. 2, power from a commercial AC power supply AC is input to a common mode noise filter formed by an across capacitor CL and a common mode choke coil CMC.

そして、このコモンモードフィルタの出力側には、整流ダイオードDaないし整流ダイオードDdによって形成されるブリッジ整流回路Diの入力側が接続され、ブリッジ整流回路Diの出力側には直列接続された2本の平滑コンデンサCi1及び平滑コンデンサCi2が接続される。そして、入力される商用交流電源のレベルに応じて、商用交流電源レベルの等倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する等倍電圧整流動作と、商用交流電源レベルの所定倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する倍電圧整流動作とで切り換えが行われるようになされている。   The input side of the bridge rectifier circuit Di formed by the rectifier diode Da or the rectifier diode Dd is connected to the output side of the common mode filter, and two smoothing connected in series to the output side of the bridge rectifier circuit Di. A capacitor Ci1 and a smoothing capacitor Ci2 are connected. Then, according to the level of the commercial AC power input, the same voltage rectification operation for generating the rectified smoothing voltage having a level corresponding to the commercial AC power level equal to the same level, and a predetermined multiple of the commercial AC power level Switching is performed between the voltage doubler rectification operation for generating the level of the rectified and smoothed voltage.

ここで、ブリッジ整流回路Diと平滑コンデンサCi1及び平滑コンデンサCi2とは、整流平滑手段の1例を構成する。そして、整流平滑電圧Eiは、平滑コンデンサCi1及びCi2の直列接続回路の両端電圧として得られる。   Here, the bridge rectifier circuit Di, the smoothing capacitor Ci1, and the smoothing capacitor Ci2 constitute an example of the rectifying and smoothing means. The rectified and smoothed voltage Ei is obtained as a voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 and Ci2.

本実施形態における整流平滑手段の具体的な接続態様は、等倍電圧整流動作と倍電圧整流動作とでは異なるものとなっている。等倍電圧整流動作においては、整流ダイオードDa及び整流ダイオードDbの+の極性端であるカソードを直列接続された平滑コンデンサCi1の側端である+の極性端に接続し、整流ダイオードDc及び整流ダイオードDdの−の極性端であるアノードを平滑コンデンサCi2の側端である−の極性端に接続し、整流ダイオードDaの−の極性端と整流ダイオードDcの+の極性端との接続点と、整流ダイオードDcの−の極性端と整流ダイオードDdの+の極性端との接続点と、の間に商用交流電源ACからの電力を入力するようになされている。   The specific connection mode of the rectifying / smoothing means in the present embodiment is different between the equal voltage rectification operation and the voltage double rectification operation. In the equal voltage rectification operation, the cathode which is the positive polarity end of the rectification diode Da and the rectification diode Db is connected to the positive polarity end which is the side end of the smoothing capacitor Ci1 connected in series, and the rectification diode Dc and the rectification diode are connected. The anode which is the negative terminal of Dd is connected to the negative terminal which is the negative terminal of the smoothing capacitor Ci2, the connection point between the negative terminal of the rectifier diode Da and the positive terminal of the rectifier diode Dc, The electric power from the commercial AC power supply AC is input between the connection point between the negative polarity end of the diode Dc and the positive polarity end of the rectifier diode Dd.

一方、倍電圧整流動作においては、上述した接続態様に付加して、整流ダイオードDbの−の極性端と整流ダイオードDdの+の極性端との接続点と、平滑コンデンサCi1と平滑コンデンサCi2との接続点と、の間が接続されるようになされている。ここにおいて、平滑コンデンサCi1と平滑コンデンサCi2との接続点との接続はリレースイッチSを介して行われるようになされている。   On the other hand, in the voltage doubler rectification operation, in addition to the connection mode described above, the connection point between the negative polarity end of the rectification diode Db and the positive polarity end of the rectification diode Dd, and the smoothing capacitor Ci1 and the smoothing capacitor Ci2. The connection points are connected to each other. Here, the connection between the connection point of the smoothing capacitor Ci1 and the smoothing capacitor Ci2 is made via the relay switch S.

そして、このリレースイッチSは、整流回路切換モジュール5に接続されたリレーRLの駆動状態に応じて、オン/オフされる。すなわち、整流回路切換モジュール5は、リレーRLを駆動することで、商用交流電源ACの入力が100V系である場合と200V系である場合とで、整流平滑手段の動作を切り換える動作を行う。   The relay switch S is turned on / off according to the driving state of the relay RL connected to the rectifier circuit switching module 5. That is, the rectifier circuit switching module 5 drives the relay RL to switch the operation of the rectifying / smoothing means depending on whether the input of the commercial AC power supply AC is a 100V system or a 200V system.

このために、整流回路切換モジュール5に対しては、ダイオードD−1、ピークホールドコンデンサC−1、抵抗R1、抵抗R2からなる電圧検出回路から出力される検出電圧が入力されるようになっている。この検出回路では、先ず、ダイオードD−1、整流ダイオードDd及びピークホールドコンデンサC−1からなる半波整流回路によって商用交流電源ACを整流平滑化することで、ピークホールドコンデンサC−1の両端電圧として、商用交流電源ACに応じたレベルの直流電圧を得るようにされている。そして、この直流電圧を、ピークホールドコンデンサC−1に対して並列に接続されている抵抗R1及び抵抗R2の直列接続回路により分圧している(以下、この分圧された電圧を分圧電圧と称する)。そして、この分圧電圧を、整流回路切換モジュール5に対して検出電圧として入力するようにしている。   For this reason, the detection voltage output from the voltage detection circuit comprising the diode D-1, the peak hold capacitor C-1, the resistor R1, and the resistor R2 is input to the rectifier circuit switching module 5. Yes. In this detection circuit, first, a commercial AC power supply AC is rectified and smoothed by a half-wave rectifier circuit including a diode D-1, a rectifier diode Dd, and a peak hold capacitor C-1. As described above, a DC voltage of a level corresponding to the commercial AC power supply AC is obtained. This DC voltage is divided by a series connection circuit of a resistor R1 and a resistor R2 connected in parallel to the peak hold capacitor C-1 (hereinafter, this divided voltage is referred to as a divided voltage). Called). The divided voltage is input to the rectifier circuit switching module 5 as a detection voltage.

この検出電圧は、上述のように商用交流電源ACのレベルに対応する直流電圧を、抵抗R1、抵抗R2の抵抗値に応じて分圧して得られるものであるが、分圧する前のピークホールドコンデンサC−1の両端には、商用交流電源ACの実効値の略1.4倍の値の電圧が得られる。つまり、検出電圧のレベルは、商用交流電源ACのレベルを示していることになる。   This detection voltage is obtained by dividing the DC voltage corresponding to the level of the commercial AC power supply AC as described above according to the resistance values of the resistors R1 and R2, but the peak hold capacitor before the voltage is divided. At both ends of C-1, a voltage approximately 1.4 times the effective value of the commercial AC power supply AC is obtained. That is, the level of the detection voltage indicates the level of the commercial AC power supply AC.

また、整流回路切換モジュール5には、リレーRLが接続されており、整流回路切換モジュール5は、このリレーRLを動作させて、リレースイッチSのオン/オフ制御する。なお、ここでは、上述の検出電圧のレベルが所定の値より小さい場合にリレーRLに電流が流れないこととし、この場合に、リレースイッチSがオフとなるようにされていることとする。このようにすれば、商用交流電源ACからの電力を印加した瞬間にリレースイッチSがオンとなって、倍電圧整流動作が行われ、その結果、直列接続された平滑コンデンサCi1と平滑コンデンサCi2との両端に、規定の値以上の大きな電圧が生じる事態が発生することを防止できる。   Further, a relay RL is connected to the rectifier circuit switching module 5, and the rectifier circuit switching module 5 operates the relay RL to control on / off of the relay switch S. Here, it is assumed that no current flows through the relay RL when the level of the detection voltage is smaller than a predetermined value, and in this case, the relay switch S is turned off. In this way, the relay switch S is turned on at the moment when the power from the commercial AC power supply AC is applied, and the voltage doubler rectification operation is performed. As a result, the smoothing capacitor Ci1 and the smoothing capacitor Ci2 connected in series are It is possible to prevent a situation in which a large voltage exceeding a specified value is generated at both ends of the.

上述した構成による整流回路の切り換え動作は次のようになる。例えば、交流入力電圧VACが100Vである場合にはピークホールドコンデンサC−1の両端には略141Vの電圧が生じ、交流入力電圧VACが220Vである場合にはピークホールドコンデンサC−1の両端には略310Vの電圧が生じる。   The switching operation of the rectifier circuit configured as described above is as follows. For example, when the AC input voltage VAC is 100 V, a voltage of approximately 141 V is generated at both ends of the peak hold capacitor C-1, and when the AC input voltage VAC is 220 V, the voltage is generated at both ends of the peak hold capacitor C-1. Produces a voltage of approximately 310V.

そして、交流入力電圧VACが150Vである場合には、ピークホールドコンデンサC−1の両端には略210Vの電圧が生じるので、この電圧を抵抗R1と抵抗R2とで分圧した分圧電圧に相当する電圧値を基準電圧として、この基準電圧以上であるか、この基準電圧以下であるかを整流回路切換モジュール5において検出して、この電圧以上である場合には、リレーRLには電流を流さず、リレースイッチSをオフとするようになされている。   When the AC input voltage VAC is 150 V, a voltage of approximately 210 V is generated at both ends of the peak hold capacitor C-1, and this voltage corresponds to a divided voltage obtained by dividing the voltage by the resistor R1 and the resistor R2. The rectifier circuit switching module 5 detects whether the reference voltage is equal to or higher than this reference voltage, and if it is equal to or higher than this reference voltage, if it is equal to or higher than this voltage, a current is passed through the relay RL. First, the relay switch S is turned off.

従って、抵抗R1と抵抗R2とで分圧した分圧電圧が基準電圧より大きい場合、すなわち、交流入力電圧VACが150V以上である場合には、リレースイッチSがオフとなって、整流ダイオードDa及び整流ダイオードDbのカソードと、整流ダイオードDc及び整流ダイオードDdアノードと、の間に直列接続された平滑コンデンサCi1及び平滑コンデンサCi2が接続される全波整流平滑回路が構成され、これにより、平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧として、交流入力電圧VACの等倍に対応する整流平滑電圧Eiが得られることとなる。   Therefore, when the divided voltage divided by the resistor R1 and the resistor R2 is larger than the reference voltage, that is, when the AC input voltage VAC is 150 V or more, the relay switch S is turned off, and the rectifier diode Da and A full-wave rectifying and smoothing circuit in which a smoothing capacitor Ci1 and a smoothing capacitor Ci2 connected in series are connected between the cathode of the rectifying diode Db, the rectifying diode Dc, and the rectifying diode Dd anode is configured. As a voltage across the −Ci2 series connection circuit, a rectified and smoothed voltage Ei corresponding to the AC input voltage VAC is obtained.

これに対して、抵抗R1と抵抗R2とで分圧した分圧電圧が基準電圧より小さい場合、すなわち、交流入力電圧VACが150V未満である場合には、リレースイッチSがオンとなって、交流入力電圧VACが正の期間では、整流ダイオードDa、平滑コンデンサCi1を経由して、充電電流が流れる整流電流経路が形成され、これによって平滑コンデンサCi1の両端には、交流入力電圧VACの等倍に対応する整流平滑電圧が得られる。一方、交流入力電圧VACが負の期間では、整流ダイオードDa、平滑コンデンサCi1を経由して、充電電流が流れる整流電流経路が形成され、これによって平滑コンデンサCi2の両端には、交流入力電圧VACの等倍に対応する整流平滑電圧がえられる。ここで、平滑コンデンサCi1と平滑コンデンサCi2とは直列に接続されているので、平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧である整流平滑電圧Eiとしては、交流入力電圧VACの2倍に対応するレベルが得られる。すなわち、いわゆる倍電圧整流回路が形成されるものである。   On the other hand, when the divided voltage divided by the resistor R1 and the resistor R2 is smaller than the reference voltage, that is, when the AC input voltage VAC is less than 150V, the relay switch S is turned on and the AC During a period when the input voltage VAC is positive, a rectification current path through which a charging current flows is formed via the rectifier diode Da and the smoothing capacitor Ci1, and thereby, both ends of the smoothing capacitor Ci1 are equal to the AC input voltage VAC. A corresponding rectified and smoothed voltage is obtained. On the other hand, when the AC input voltage VAC is negative, a rectification current path through which the charging current flows is formed via the rectifier diode Da and the smoothing capacitor Ci1, and thereby the AC input voltage VAC is connected to both ends of the smoothing capacitor Ci2. A rectified and smoothed voltage corresponding to the same magnification is obtained. Here, since the smoothing capacitor Ci1 and the smoothing capacitor Ci2 are connected in series, the rectified smoothing voltage Ei which is the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1-Ci2 corresponds to twice the AC input voltage VAC. Level to be obtained. That is, a so-called voltage doubler rectifier circuit is formed.

このようにして、図2に示す回路では、商用交流電源AC100V系の場合には、倍電圧整流動作により、交流入力電圧VACの2倍に対応する整流平滑電圧Eiを生成し、商用交流電源AC200V系の場合には、通常の全波整流動作により、交流入力電圧VACの等倍に対応する整流平滑電圧Eiを生成する。つまり、商用電源入力がAC100V系の場合と、AC200V系の場合とで、結果的に同等レベルの整流平滑電圧Eiが得られるようにしている。この整流平滑電圧Eiは、後段の電流共振形コンバータに対して、直流入力電圧として入力されることになる。   In this way, in the circuit shown in FIG. 2, in the case of the commercial AC power supply AC100V system, the rectified smoothing voltage Ei corresponding to twice the AC input voltage VAC is generated by the voltage doubler rectification operation, and the commercial AC power supply AC200V In the case of the system, a rectified and smoothed voltage Ei corresponding to an equal magnification of the AC input voltage VAC is generated by a normal full-wave rectification operation. That is, as a result, the same level of rectified and smoothed voltage Ei is obtained when the commercial power input is an AC 100V system and an AC 200V system. This rectified and smoothed voltage Ei is input as a DC input voltage to the subsequent current resonance type converter.

次にハーフブリッジ結合方式による他励式の電流共振形コンバータ部分の回路構成及びその作用の説明を行う。   Next, a description will be given of the circuit configuration and operation of a separately-excited current-resonant converter using a half-bridge coupling method.

直流入力電圧を入力してスイッチング(断続)する電流共振形コンバータとしては、図2に図示するようにして、MOS−FETによる2本のスイッチング素子Q1,Q2をハーフブリッジ結合により接続したスイッチング回路を備える。スイッチング素子Q1,Q2の各ドレイン−ソース間に対しては、ダンパーダイオードDD1,DD2が並列に接続される。ダンパーダイオードDD1のアノード、カソードは、それぞれスイッチング素子Q1のソース、ドレインと接続される。同様にして、ダンパーダイオードDD2のアノード、カソードは、それぞれスイッチング素子Q2のソース、ドレインと接続される。ダンパーダイオードDD1,DD2は、それぞれスイッチング素子Q1,スイッチング素子Q2が備えるボディダイオードとされる。   As a current resonance type converter for switching (intermittently) by inputting a DC input voltage, as shown in FIG. 2, a switching circuit in which two switching elements Q1 and Q2 by MOS-FETs are connected by a half bridge connection is used. Prepare. Damper diodes DD1 and DD2 are connected in parallel between the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2. The anode and cathode of the damper diode DD1 are connected to the source and drain of the switching element Q1, respectively. Similarly, the anode and cathode of the damper diode DD2 are connected to the source and drain of the switching element Q2, respectively. The damper diodes DD1 and DD2 are body diodes included in the switching element Q1 and the switching element Q2, respectively.

また、スイッチング素子Q2のドレイン−ソース間に対しては、一次側部分共振コンデンサCpが並列に接続される。この一次側部分共振コンデンサCpのキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1によっては並列共振回路(部分電圧共振回路)を形成する。そして、スイッチング素子Q1,Q2のターンオフ時にのみ電圧共振する、部分電圧共振動作が得られるようになっている。   A primary side partial resonance capacitor Cp is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2. A parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) is formed by the capacitance of the primary side partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance L1 of the primary winding N1. A partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only when the switching elements Q1, Q2 are turned off is obtained.

また、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング駆動するために、発振・ドライブ回路2が設けられる。この発振・ドライブ回路2は、発振回路、駆動回路を有しており、例えば汎用のICを用いることができる。そして、この発振・ドライブ回路2内の発振回路及び駆動回路によって、所要の周波数によるドライブ信号(ゲート電圧)をスイッチング素子Q1,Q2の各ゲートに対して印加する。これにより、スイッチング素子Q1,Q2は、所要のスイッチング周波数により交互にオン/オフするようにしてスイッチング動作を行う。   In addition, an oscillation / drive circuit 2 is provided for switching the switching elements Q1, Q2. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit, and for example, a general-purpose IC can be used. Then, a drive signal (gate voltage) having a required frequency is applied to the gates of the switching elements Q1 and Q2 by the oscillation circuit and the drive circuit in the oscillation / drive circuit 2. Thereby, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation so as to be alternately turned on / off at a required switching frequency.

コンバータトランスPITは、スイッチング素子Q1 、Q2のスイッチング出力を二次側に伝送するために設けられる。   The converter transformer PIT is provided to transmit the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side.

ここで、コンバータトランスPITは、図3の断面図に示すような構造を有する。この図に示されるように、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(EE字形コア)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(N1)及び二次側巻線(N2)が巻装されたボビンBを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がそれぞれ異なる巻装領域により、EE型コアの内磁脚に巻装される状態となる。このようにしてコンバータトランスPIT全体としての構造が得られる。   Here, the converter transformer PIT has a structure as shown in the sectional view of FIG. As shown in this figure, the converter transformer PIT includes an EE type core (EE-shaped core) in which E-type cores CR1 and CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other. And the bobbin B formed with the shape which divided | segmented so that it might mutually become independent about the winding part of a primary side and a secondary side, for example with a resin etc. is provided. 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 (N1) and the secondary side winding (N2) are wound in this way to the EE cores (CR1, CR2), the primary side winding and the secondary side winding are provided. The wire is wound around the inner magnetic leg of the EE core by the different winding regions. In this way, the overall structure of the converter transformer PIT is obtained.

そのうえで、EE型コアの内磁脚に対しては、図のようにしてギャップGを形成する。ギャップGとして所定幅を設定し、これによってコンバータトランスPIT自体の一次側と二次側との結合係数kの値として所定値を得るようにしている。なお、本実施の形態のスイッチング電源回路における実際のコンバータトランスPITの次側と二次側との結合係数kの値として、k=0.8以下を得るようにしている。なお、コンバータトランスPITのギャップGの値は、2mm以上に拡大している(図3を参照)。   In addition, a gap G is formed as shown in the figure for the inner magnetic leg of the EE type core. A predetermined width is set as the gap G, whereby a predetermined value is obtained as the value of the coupling coefficient k between the primary side and the secondary side of the converter transformer PIT itself. Note that k = 0.8 or less is obtained as the value of the coupling coefficient k between the secondary side and the secondary side of the actual converter transformer PIT in the switching power supply circuit of the present embodiment. Note that the value of the gap G of the converter transformer PIT is expanded to 2 mm or more (see FIG. 3).

説明を図1に戻す。コンバータトランスPITは、図3により説明した構造によって一次巻線N1に所定のリーケージインダクタンスL1を生じさせる。そして、少なくとも、一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスと、リーケージインダクタンスL1によって一次側直列共振回路を形成する。   Returning to FIG. The converter transformer PIT generates a predetermined leakage inductance L1 in the primary winding N1 with the structure described with reference to FIG. A primary side series resonance circuit is formed by at least the capacitance of the primary side series resonance capacitor C1 and the leakage inductance L1.

先に説明した接続態様によれば、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力は、上述の一次側直列共振回路に伝達されることになる。そして、伝達されたスイッチング出力により一次側直列共振回路が共振動作を行うことで、一次側スイッチングコンバータの動作を電流共振形とする。   According to the connection mode described above, the switching outputs of the switching elements Q1, Q2 are transmitted to the above-described primary side series resonant circuit. Then, the primary side series resonance circuit performs a resonance operation by the transmitted switching output, so that the operation of the primary side switching converter becomes a current resonance type.

ここで、これまでの説明によると、この図に示す一次側スイッチングコンバータとしては、一次側直列共振回路(L1−C1)による電流共振形としての動作と、前述した一次側部分電圧共振回路(Cp//L1)とによる部分電圧共振動作とが得られることになる。   Here, according to the description so far, the primary side switching converter shown in this figure includes the operation as the current resonance type by the primary side series resonance circuit (L1-C1) and the above-described primary side partial voltage resonance circuit (Cp). // Partial voltage resonance operation by L1) is obtained.

つまり、この図に示す電源回路の一次側においては、一次側スイッチングコンバータを共振形とするための共振回路に対して、他の共振回路とが組み合わされた構成を採っている。ここでは、このように2つの共振回路が組み合わされて成るスイッチングコンバータを、「複合共振形コンバータ」ということにする。   That is, on the primary side of the power supply circuit shown in this figure, a configuration in which the resonance circuit for making the primary side switching converter a resonance type is combined with another resonance circuit is adopted. Here, a switching converter in which two resonance circuits are combined in this way is referred to as a “composite resonance type converter”.

コンバータトランスPITの二次巻線N2には、一次巻線N1に伝達されたスイッチング出力に応じた交番電圧が励起(誘起)される。この場合、二次巻線N2の巻き終わり端部側に対しては、二次側直列共振コンデンサC2が直列に接続されている。これにより、コンバータトランスPITの二次側においては、少なくとも、二次側直列共振コンデンサC2のキャパシタンスと、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2とによって二次側直列共振回路を形成することになる。つまり、本実施の形態としては、コンバータトランスPITの一次側と二次側とのそれぞれにおいて直列共振回路が形成される。   An alternating voltage corresponding to the switching output transmitted to the primary winding N1 is excited (induced) in the secondary winding N2 of the converter transformer PIT. In this case, a secondary side series resonant capacitor C2 is connected in series to the winding end end side of the secondary winding N2. As a result, on the secondary side of the converter transformer PIT, a secondary side series resonance circuit is formed by at least the capacitance of the secondary side series resonance capacitor C2 and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2. That is, in the present embodiment, a series resonant circuit is formed on each of the primary side and the secondary side of the converter transformer PIT.

また、二次巻線N2に対しては、上述のように二次側直列共振コンデンサC2が接続されたうえで、4本の整流ダイオードDo1ないし整流ダイオードDo4を図示するようにして接続して成るブリッジ整流回路と、平滑コンデンサCoとにより形成される全波整流回路が接続される。   The secondary winding N2 is connected to the secondary side series resonant capacitor C2 as described above, and is connected to four rectifier diodes Do1 to Do4 as shown in the figure. A full-wave rectifier circuit formed by the bridge rectifier circuit and the smoothing capacitor Co is connected.

この全波整流回路によっては、二次巻線N2に励起(誘起)される交番電圧の一方の半周期において、整流ダイオード[Do1,Do2]の組が導通して、平滑コンデンサCoに対して整流電流を充電する動作が得られる。また、二次巻線N2に励起される交番電圧の他方の半周期においては、整流ダイオード[Do3,Do4]の組が導通して平滑コンデンサCoに対して整流電流を充電する動作が得られる。   In this full-wave rectifier circuit, in one half cycle of the alternating voltage excited (induced) in the secondary winding N2, a pair of rectifier diodes [Do1, Do2] is conducted to rectify the smoothing capacitor Co. An operation of charging current is obtained. Further, in the other half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the operation of charging the rectified current to the smoothing capacitor Co by obtaining a set of rectifier diodes [Do3, Do4] conductive.

これによって平滑コンデンサCoの両端電圧として、二次巻線N2に励起される交番電圧のレベルの等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。このようにして得られた二次側直流出力電圧Eoは、図示しない負荷に供給されるとともに、後述する制御回路1のための検出電圧としても分岐して入力される。   As a result, the secondary side DC output voltage Eo having a level corresponding to the same level as the level of the alternating voltage excited in the secondary winding N2 is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Co. The secondary side DC output voltage Eo obtained in this way is supplied to a load (not shown) and is also branched and input as a detection voltage for the control circuit 1 described later.

また、上述の全波整流回路は、二次側直列共振回路の共振出力について整流平滑動作を行っていることから、この全波整流回路による二次側整流動作としても電流共振形となる。つまり、整流電流波形としては、二次側直列共振回路の共振周波数による正弦波形を含むことになる。   In addition, since the above-described full-wave rectifier circuit performs a rectifying and smoothing operation on the resonant output of the secondary side series resonant circuit, the secondary side rectifying operation by the full-wave rectifier circuit is also a current resonance type. That is, the rectified current waveform includes a sine waveform based on the resonance frequency of the secondary side series resonance circuit.

これまでの説明によれば、本実施の形態のスイッチング電源回路は、一次側に一次側直列共振回路(L1−C1)及び一次側部分電圧共振回路(L1//Cp)を備え、二次側には二次側直列共振回路(L2−C2)を備えることになる。先にも述べたように、例えば、図1の一次側のみをみた場合のように、直列共振回路と部分電圧共振回路とによる2つの共振回路が組み合わされたスイッチングコンバータについては、複合共振形コンバータということとしたが、本実施の形態のようにして3以上の共振回路が組み合わされたスイッチングコンバータについては多重共振形コンバータということにする。   According to the description so far, the switching power supply circuit of the present embodiment includes the primary side series resonance circuit (L1-C1) and the primary side partial voltage resonance circuit (L1 // Cp) on the primary side, and the secondary side Is provided with a secondary side series resonance circuit (L2-C2). As described above, for example, as in the case where only the primary side of FIG. 1 is seen, a switching converter in which two resonance circuits of a series resonance circuit and a partial voltage resonance circuit are combined is a composite resonance type converter. However, a switching converter in which three or more resonance circuits are combined as in the present embodiment is referred to as a multiple resonance type converter.

制御回路1は、二次側直流出力電圧Eoをスイッチング周波数制御方式により安定化するために設けられる。この場合の制御回路1は、検出入力である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が可変されるようにしてスイッチング素子Q1,Q2を駆動する。このためには、内部の発振回路により生成する発振信号の周波数を可変することになる。   The control circuit 1 is provided to stabilize the secondary side DC output voltage Eo by the switching frequency control method. In this case, the control circuit 1 supplies the oscillation / drive circuit 2 with a detection output corresponding to the level change of the secondary side DC output voltage Eo as a detection input. The oscillation / drive circuit 2 drives the switching elements Q1 and Q2 such that the switching frequency is varied according to the input detection output of the control circuit 1. For this purpose, the frequency of the oscillation signal generated by the internal oscillation circuit is varied.

スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数が可変されることで、一次側直列共振回路の共振インピーダンスが変化し、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が変化するが、これにより二次側直流出力電圧Eoのレベルを安定化させるように動作する。   By changing the switching frequency of the switching elements Q1, Q2, the resonance impedance of the primary side series resonance circuit changes, and the amount of power transmitted from the primary winding N1 of the converter transformer PIT to the secondary winding N2 changes. However, this operates so as to stabilize the level of the secondary side DC output voltage Eo.

詳細は後述するが、本実施の形態の電源回路におけるスイッチング周波数制御方式としては、一次側直列共振回路の共振周波数fo1及び二次側直列共振回路の共振周波数fo2により決まる中間共振周波数foに対して、これより高い周波数範囲をスイッチング周波数の可変範囲として設定している。つまり、いわゆるアッパーサイド制御の方式を採る。   Although the details will be described later, the switching frequency control method in the power supply circuit of the present embodiment is based on the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the intermediate resonance frequency fo determined by the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit. The higher frequency range is set as the variable range of the switching frequency. That is, a so-called upper side control method is adopted.

一般的なこととして、直列共振回路は、共振周波数において最も共振インピーダンスが低くなる。このことから、本実施の形態のようにして、直列共振回路の共振周波数に基づくアッパーサイド制御方式を採る場合には、スイッチング周波数fsが高くなっていくのに応じて、共振インピーダンスを高くすることになる。   As a general matter, the series resonant circuit has the lowest resonance impedance at the resonance frequency. For this reason, when the upper side control method based on the resonance frequency of the series resonance circuit is adopted as in this embodiment, the resonance impedance is increased as the switching frequency fs increases. become.

従って、例えば重負荷の傾向となって二次側直流出力電圧Eoが低下するのに応じては、スイッチング周波数を低くするように制御することになる。これは共振インピーダンスを低くすることとなり、一次側から二次側への電力伝送量が増加することになるので、二次側直流出力電圧Eoが上昇する。   Therefore, for example, when the secondary side DC output voltage Eo decreases due to a heavy load tendency, the switching frequency is controlled to be lowered. This lowers the resonance impedance and increases the amount of power transmission from the primary side to the secondary side, so that the secondary side DC output voltage Eo increases.

これに対して、軽負荷の傾向となって二次側直流出力電圧Eoが上昇するのに応じては、スイッチング周波数を高くするように制御する。これにより、共振インピーダンスは高くなって電力伝送量が低減するために、二次側直流出力電圧Eoは低下する。このようにして、スイッチング周波数が可変されることによって、二次側直流出力電圧Eoが安定化されることになる。   On the other hand, when the secondary side DC output voltage Eo rises due to a light load tendency, the switching frequency is controlled to be higher. As a result, the resonance impedance is increased and the power transmission amount is reduced, so that the secondary side DC output voltage Eo is lowered. Thus, the secondary side DC output voltage Eo is stabilized by changing the switching frequency.

次に、図2に示すスイッチング電源回路において二次側直流出力電圧Eoがどのようにして安定化されるかについて説明をする。   Next, how the secondary side DC output voltage Eo is stabilized in the switching power supply circuit shown in FIG. 2 will be described.

まず、順を追って説明するために、図2に示した実施の形態のスイッチング電源回路の構成から、二次側直列共振コンデンサC2を省略して、二次側直列共振回路を形成しないものとした、図18に示すような複合共振形コンバータについて、二次側直流出力電圧Eoがどのようにして安定化されるかについて説明をする。   First, in order to explain step by step, the secondary side series resonance capacitor C2 is omitted from the configuration of the switching power supply circuit of the embodiment shown in FIG. 2, and no secondary side series resonance circuit is formed. A description will be given of how the secondary side DC output voltage Eo is stabilized in the composite resonance type converter as shown in FIG.

このような複合共振形コンバータは、一次側直列共振回路(及び一次側部分電圧共振回路)は備えるが、二次側直列共振回路は備えていない。このために、アッパーサイド制御のスイッチング周波数制御方式により二次側直流出力電圧Eoを安定化するのにあたっては、一次側直列共振回路の共振周波数fo1よりも高い周波数範囲でスイッチング周波数を可変制御し、これにより生じる共振インピーダンスの変化を利用することになる。   Such a composite resonance type converter includes a primary side series resonance circuit (and a primary side partial voltage resonance circuit), but does not include a secondary side series resonance circuit. Therefore, in stabilizing the secondary side DC output voltage Eo by the switching frequency control method of the upper side control, the switching frequency is variably controlled in a frequency range higher than the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit, A change in resonance impedance caused by this is used.

このことについて、図19を参照して説明する。図19は、複合共振形コンバータによる二次側直流出力電圧Eoについての定電圧制御特性を示している。この図において、横軸にはスイッチング周波数fsを示し、縦軸に二次側直流出力電圧Eoを示している。   This will be described with reference to FIG. FIG. 19 shows a constant voltage control characteristic for the secondary side DC output voltage Eo by the composite resonance type converter. In this figure, the horizontal axis represents the switching frequency fs, and the vertical axis represents the secondary side DC output voltage Eo.

ここで、直列共振回路は、共振周波数で最も共振インピーダンスが小さくなる。これにより、アッパーサイド制御における二次側直流出力電圧Eoとスイッチング周波数fsの関係として、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、一次側直列共振回路の共振周波数fo1に対して、スイッチング周波数fsが近づいていくほど上昇し、共振周波数fo1から離れていくのに従って低下していくものとなる。   Here, the series resonance circuit has the smallest resonance impedance at the resonance frequency. As a result, as the relationship between the secondary side DC output voltage Eo and the switching frequency fs in the upper side control, the level of the secondary side DC output voltage Eo is equal to the switching frequency fs with respect to the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit. It increases as it gets closer, and decreases as it gets away from the resonance frequency fo1.

従って、負荷電力Poを一定とした条件でのスイッチング周波数fsに対する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、図19に示すようにして、スイッチング周波数fsが一次側直列共振回路の共振周波数fo1と同じときにピークとなり、共振周波数fo1から離れるのに応じて低下する二次曲線的な変化を示す。   Accordingly, the level of the secondary side DC output voltage Eo with respect to the switching frequency fs under the condition that the load power Po is constant, the switching frequency fs is the same as the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit as shown in FIG. It sometimes becomes a peak, and shows a quadratic curve change that decreases as it moves away from the resonance frequency fo1.

また、同じスイッチング周波数fsに対応する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、最小負荷電力(Pomin)時よりも最大負荷電力(Pomax)時のほうが、所定分低下するようにしてシフトする特性が得られる。つまり、スイッチング周波数fsを固定として考えると、重負荷の条件となるのに従って二次側直流出力電圧Eoのレベルは低下する。   The level of the secondary side DC output voltage Eo corresponding to the same switching frequency fs has a characteristic of shifting so as to decrease by a predetermined amount at the maximum load power (Pomax) than at the minimum load power (Pomin). can get. That is, when the switching frequency fs is considered as being fixed, the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases as the heavy load condition is reached.

そして、このような特性のもとで、アッパーサイド制御により二次側直流出力電圧Eoについて、Eo=tgとなるようにして安定化しようとした場合、電源回路において必要となるスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)は、図においてΔfsとして示される範囲となる。   Under such characteristics, when the secondary side DC output voltage Eo is stabilized by upper side control so that Eo = tg, the variable range of the switching frequency required in the power supply circuit is obtained. (Necessary control range) is a range indicated as Δfs in the figure.

例えばこの複合共振形コンバータの実際として、AC100V系としての交流入力電圧VAC=85V〜120Vの入力変動範囲と、二次側直流出力電圧Eoの最大負荷電力(Pomax)=150W、最小負荷電力(Pomin)=0W(無負荷)の負荷条件に対応するとして、スイッチング周波数制御方式により、二次側直流出力電圧Eo=135Vで安定化する仕様を設定したとする。   For example, as an actual example of this composite resonance type converter, an AC input voltage VAC = 85V to 120V as an AC 100V system, a maximum load power (Pomax) of the secondary side DC output voltage Eo = 150 W, a minimum load power (Pomin) ) = 0. Assuming that it corresponds to the load condition of 0 W (no load), it is assumed that the specification for stabilization at the secondary side DC output voltage Eo = 135 V is set by the switching frequency control method.

この場合、この複合共振形コンバータが定電圧制御のために可変するスイッチング周波数fsの可変範囲は、fs=80kHz〜200kHz以上であり、必要制御範囲量であるΔfsとしても120kHz以上と相応に広範囲なものとなる。   In this case, the variable range of the switching frequency fs that can be varied for constant voltage control by the composite resonance type converter is fs = 80 kHz to 200 kHz or more, and Δfs, which is a necessary control range amount, is 120 kHz or more and a correspondingly wide range. It will be a thing.

このことをふまえて、この複合共振形コンバータについて、ワイドレンジ対応として構成することを考えてみる。   With this in mind, let's consider configuring this composite resonant converter to support a wide range.

ワイドレンジ対応とするためには、例えばAC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応すべきことになる。従って、例えば、AC100V系のみ、あるいはAC200V系のみの単レンジに対応する場合と比較して、二次側直流出力電圧Eoのレベル変動範囲も大きくなる。このような交流入力電圧範囲に応じて拡大された二次側直流出力電圧Eoのレベル変動に対して定電圧制御動作を行うためには、より広範囲なスイッチング周波数制御範囲が必要となる。例えば、スイッチング周波数fsの制御範囲は、約80kHz〜500kHzにまで拡大する必要がでてくる。   In order to make it compatible with a wide range, for example, it should correspond to an AC input voltage range of AC85V to 288V. Therefore, for example, the level fluctuation range of the secondary side DC output voltage Eo is larger than that corresponding to a single range of only the AC 100 V system or only the AC 200 V system. In order to perform the constant voltage control operation against the level fluctuation of the secondary side DC output voltage Eo expanded according to such an AC input voltage range, a wider switching frequency control range is required. For example, the control range of the switching frequency fs needs to be expanded to about 80 kHz to 500 kHz.

しかしながら、現状の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程度にしておくのが好ましい。また、上述したような高い周波数での駆動が可能なスイッチング駆動用ICを構成して実装したしたとしても、スイッチング素子Q1,スイッチング素子Q2における電力変換効率が低下するために、現実の電源回路として実用的ではなくなる。このような点を考慮した場合には、例えば、複合共振形コンバータによって効率よく安定化することが可能な交流入力電圧VACレベルの上限は、100V程度である。   However, for an IC (oscillation / drive circuit 2) for driving a current switching element, the upper limit of the drive frequency that can be handled is preferably about 200 kHz. Further, even if a switching drive IC capable of driving at a high frequency as described above is configured and mounted, the power conversion efficiency in the switching elements Q1 and Q2 decreases, so that an actual power supply circuit can be obtained. It is no longer practical. In consideration of such points, for example, the upper limit of the AC input voltage VAC level that can be efficiently stabilized by the composite resonance converter is about 100V.

そこで、従来から、スイッチング周波数制御方式により安定化を図るスイッチング電源回路をワイドレンジ対応化するための構成の1つとして、先に図18に示したようにして、前段に対してアクティブフィルタを備えれば良いことが知られている。すなわち、アクティブフィルタの出力側に発生する直流入力電圧(Ei)の値が略一定の値となるように制御するものである。   Therefore, conventionally, as one of the configurations for making the switching power supply circuit that is stabilized by the switching frequency control system compatible with a wide range, as shown in FIG. It is known that That is, control is performed so that the value of the DC input voltage (Ei) generated on the output side of the active filter becomes a substantially constant value.

しかしながら、上述したように、アクティブフィルタ回路はハードスイッチング動作であることから、ノイズの発生レベルが非常に大きいものである。このために、コモンモードノイズ、ノーマルモードノイズのいずれに対しても比較的重度のノイズ抑制対策が必要となる。   However, as described above, since the active filter circuit is a hard switching operation, the noise generation level is very high. For this reason, a relatively severe noise suppression measure is required for both common mode noise and normal mode noise.

更に、アクティブフィルタ回路と、複合共振形コンバータとのスイッチング周波数が異なっているために、お互いのアース電位の干渉や、構成部品の各々から生じる磁気の相互の磁気干渉を軽減する必要があるために、基板上における各々の部品の配置が制限を受け、更に各々の構成部品から流出するノイズ電流の経路を考慮してアースパターンの設計を行わなければならず、基板上におけるパターンの引き回しに困難があった。   Furthermore, since the switching frequency of the active filter circuit and the composite resonance type converter are different, it is necessary to reduce mutual interference of the ground potential and mutual magnetic interference generated from each component. The placement of each component on the board is limited, and the ground pattern must be designed in consideration of the path of the noise current flowing out from each component, which makes it difficult to route the pattern on the board. there were.

しかしながら、先に図19によっても説明したようにスイッチング周波数の制御範囲が広範である特性を持つ場合には、スイッチング負荷のような負荷変動に対応して、二次側直流出力電圧を所要レベルとするためのスイッチング周波数にまで可変させるためには比較的長い時間を要することになる。つまり、定電圧制御の応答特性としては良好でない結果が得られることになる。   However, as described above with reference to FIG. 19, when the switching frequency control range has a wide characteristic, the secondary side DC output voltage is set to a required level in response to a load fluctuation such as a switching load. It takes a relatively long time to change the frequency to the switching frequency. That is, an unsatisfactory result is obtained as a response characteristic of constant voltage control.

このようなワイドレンジ化に対して、図1または図2に示す本実施の形態のスイッチング電源回路では、商用交流電源ACの電圧に応じて全波整流回路とするか、倍電圧整流回路とするかを選択することにより、基本的にワイドレンジ対応を可能としている。   For such a wide range, the switching power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 1 or 2 is a full-wave rectifier circuit or a double voltage rectifier circuit depending on the voltage of the commercial AC power supply AC. By selecting this, it is possible to support a wide range basically.

それに加えて、一次側と二次側とで、それぞれ直列共振回路(一次側直列共振回路、二次側直列共振回路)を備えることとしている。これにより、電流共振形コンバータを基とする電源回路として、スイッチング周波数制御の定電圧制御によって、100V系であっても、例えば、85V〜150Vの範囲、200V系であっても、例えば、150V〜288Vの範囲でのワイドレンジ対応を可能とする。以下、この点について説明する。   In addition, the primary side and the secondary side are provided with series resonance circuits (primary side series resonance circuit, secondary side series resonance circuit), respectively. Thereby, as a power supply circuit based on a current resonance type converter, by constant voltage control of switching frequency control, even in a 100V system, for example, in a range of 85V to 150V, in a 200V system, for example, 150V ~ A wide range can be supported in the range of 288V. Hereinafter, this point will be described.

図4の回路図は、図2に示す本実施の形態の電源回路について、一次側直列共振回路と二次側直列共振回路との関係によりみた場合の等価回路を示している。なお、この等価回路図において、図2と同一部分には、同一符号を付している。   The circuit diagram of FIG. 4 shows an equivalent circuit when the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 2 is viewed from the relationship between the primary side series resonant circuit and the secondary side series resonant circuit. In the equivalent circuit diagram, the same parts as those in FIG.

この図4においては、破線でコンバータトランスPITを示し、一点鎖線で理想トランスITを示している。ここで、理想トランスITは1:nの巻線比(1:二次巻線N2の巻数/一次巻線N1の巻数)に応じて電圧を変換するものである。また、図4において、符号L1、符号L1eは、それぞれ、一次巻線N1のリーケージ(漏洩)インダクタンス、一次巻線N1の励磁インダクタンスを示す。また、符号L2、符号L2eは、それぞれ二次巻線N2のリーケージ(漏洩)インダクタンス、二次巻線N2の励磁インダクタンスを示すものである。   In FIG. 4, the converter transformer PIT is indicated by a broken line, and the ideal transformer IT is indicated by a one-dot chain line. Here, the ideal transformer IT converts the voltage according to a winding ratio of 1: n (1: number of turns of the secondary winding N2 / number of turns of the primary winding N1). Further, in FIG. 4, reference numerals L1 and L1e denote a leakage (leakage) inductance of the primary winding N1 and an excitation inductance of the primary winding N1, respectively. Symbols L2 and L2e indicate the leakage (leakage) inductance of the secondary winding N2 and the excitation inductance of the secondary winding N2, respectively.

この図4に示す等価回路図において、コンバータトランスPITの一次側では、スイッチング周波数fsによる交流(周波数信号)が入力されている。つまり、一次側スイッチングコンバータ(スイッチング素子Q1,Q2)のスイッチング出力が入力となっている。   In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 4, an alternating current (frequency signal) at the switching frequency fs is input on the primary side of the converter transformer PIT. That is, the switching output of the primary side switching converter (switching elements Q1, Q2) is an input.

そして、コンバータトランスPITの一次側では、このスイッチング周波数fsによる交流の入力を、一次側直列共振回路に供給することになる。そして、この一次側直列共振回路の共振周波数fo1の値は、図4に示す等価回路に基づいて求められるものとなる。また、二次側直列共振回路の共振周波数fo2の値も同様に、図4に示す等価回路に基づいて求められるものとなる。本実施の形態においては、共振周波数fo2の値は共振周波数fo1の値の1.6倍以上となるように選定した。   Then, on the primary side of the converter transformer PIT, an alternating current input with this switching frequency fs is supplied to the primary side series resonance circuit. The value of the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit is obtained based on the equivalent circuit shown in FIG. Similarly, the value of the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit is obtained based on the equivalent circuit shown in FIG. In the present embodiment, the value of the resonance frequency fo2 is selected to be 1.6 times or more the value of the resonance frequency fo1.

なお、図4の等価回路においては、コンバータトランスPITの結合係数k、一次巻線N1の自己インダクタンスをL1s、一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1については(数1)が成立する。

Figure 2006271172
In the equivalent circuit of FIG. 4, Equation 1 is established for the coupling coefficient k of the converter transformer PIT, the self-inductance of the primary winding N1 L1s, and the leakage inductance L1 of the primary winding N1.
Figure 2006271172

また、一次巻線N1の励磁インダクタンスL1eについては(数2)が成立する。

Figure 2006271172
Further, Equation 2 is established for the excitation inductance L1e of the primary winding N1.
Figure 2006271172

同様にして、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2、励磁インダクタンスL2eについては、それぞれ、(数3)、(数4)が成立する。ここで、L2sは二次巻線N2の自己インダクタンスである。

Figure 2006271172
Figure 2006271172
Similarly, (Equation 3) and (Equation 4) are established for the leakage inductance L2 and the excitation inductance L2e of the secondary winding N2, respectively. Here, L2s is the self-inductance of the secondary winding N2.
Figure 2006271172
Figure 2006271172

ここで、図4に示す等価回路においては、コンバータトランスPITの電磁誘導を介して、一次側に一次側直列共振回路を備え、二次側に二次側直列共振回路を備えていることが示されている。従って、この図に示す回路は、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みることができる。このために、図2に示す電源回路における二次側直流出力電圧Eoについての定電圧制御特性は、コンバータトランスPITの結合係数kに応じて異なるものとなる。この点について図5を参照して説明する。   Here, it is shown that the equivalent circuit shown in FIG. 4 includes a primary side series resonance circuit on the primary side and a secondary side series resonance circuit on the secondary side via electromagnetic induction of the converter transformer PIT. Has been. Therefore, the circuit shown in this figure can be regarded as forming a coupled resonance circuit by electromagnetic coupling. For this reason, the constant voltage control characteristic for the secondary side DC output voltage Eo in the power supply circuit shown in FIG. 2 differs depending on the coupling coefficient k of the converter transformer PIT. This point will be described with reference to FIG.

図5は、図4の等価回路についての、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。   FIG. 5 shows the output characteristics with respect to the input (switching frequency signal) for the equivalent circuit of FIG. 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.

なお、図5の説明は、一次側直列共振回路の共振周波数fo1と二次側直列共振回路の共振周波数fo2の周波数関係がどのようなものであるかに関わらず当てはまる一般的なものである。図において、符号fo1及び符号fo2が括弧内に記載されているのは、共振周波数fo1と共振周波数fo2との周波数の上下関係によらず、図5に示す特性が成立することを示している。なお、図6における、括弧内に記載されている符号fo1及び符号fo2の意味も同様のものである。   The description of FIG. 5 is a general one that applies regardless of the frequency relationship between the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit. In the figure, reference numerals fo1 and fo2 are shown in parentheses, indicating that the characteristics shown in FIG. 5 are established regardless of the vertical relationship between the resonance frequency fo1 and the resonance frequency fo2. In FIG. 6, the meanings of the symbols fo1 and fo2 shown in parentheses are the same.

ここで、結合係数k=1による密結合とされる状態を設定したとする。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、(数1)(数3)に対してk=1を代入することで、(数5)を得ることができる。

Figure 2006271172
Here, it is assumed that a tight coupling state with a coupling coefficient k = 1 is set. In this case, the leakage inductance L1 of the primary winding N1 and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 are obtained by substituting k = 1 into (Equation 1) and (Equation 3), respectively (Equation 5). Can be obtained.
Figure 2006271172

つまり、コンバータトランスPITが密結合であることで、一次巻線N1及び二次巻線N2のリーケージインダクタンスは存在していない状態であることが示される。   That is, it is shown that the leakage inductance of the primary winding N1 and the secondary winding N2 does not exist because the converter transformer PIT is tightly coupled.

このようにして、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5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と二次側直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、(数6)で表され、周波数f2は、(数7)で表される。

Figure 2006271172
Figure 2006271172
In this way, as a constant voltage control characteristic in a state where the primary side and the secondary side of the converter transformer PIT are tightly coupled, the resonance of the primary side series resonance circuit as shown by the characteristic curve 1 in FIG. A so-called bimodal characteristic is obtained in which the secondary side DC output voltage Eo peaks at frequencies f1 and f2 different from the frequency fo1 and the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit. Here, the frequency f1 is represented by (Equation 6), and the frequency f2 is represented by (Equation 7).
Figure 2006271172
Figure 2006271172

また、(数6)(数7)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、二次側直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、一次側のインピーダンスと二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、(数8)で表される。

Figure 2006271172
Further, fo, which is one of the terms in (Expression 6) and (Expression 7), is an intermediate resonance frequency that exists between the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit. The frequency is determined by the impedance on the primary side, the impedance on the secondary side, and the impedance (mutual coupling inductance M) common to the primary side and the secondary side. The mutual coupling inductance M is expressed by (Equation 8).
Figure 2006271172

また、上述した結合係数kについて、k=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5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、ある総合結合係数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 coupling coefficient k is gradually decreased from the state of k = 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 in the vicinity of the intermediate resonance frequency fo. Then, when the total coupling coefficient Kt is reduced to a certain level, 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、更に、臨界結合の状態から結合係数kの値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5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。   Further, if the coupling coefficient k is decreased from the critical coupling state and the loose coupling state is increased, the peak and peak are obtained only at the intermediate frequency fo as shown by the characteristic curve 3 in FIG. A unimodal characteristic is obtained. Further, comparing this 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.

以上、コンバータトランスPIT自体の結合係数であるトランス結合係数kのみを考慮して結合係数kと諸特性との関係を説明してきたが、コンバータトランスPITの外部にインダクタンスが付加された場合には、(数6)ないし(数8)において用いた結合係数kに替えて一次側と二次側との間の総合結合係数Ktを用いれば同様に説明ができるものである。   As described above, the relationship between the coupling coefficient k and various characteristics has been described in consideration of only the transformer coupling coefficient k which is the coupling coefficient of the converter transformer PIT itself. However, when an inductance is added to the outside of the converter transformer PIT, The same explanation can be made by using the total coupling coefficient Kt between the primary side and the secondary side instead of the coupling coefficient k used in (Equation 6) to (Equation 8).

なお、総合結合係数Ktとは、一次側に接続されるインダクタンス成分であって、二次側と磁気的に結合することがないインダクタンスを等価的に一次側の漏れインダクタンスとして加味し、同様に、二次側に接続されるインダクタンス成分であって、一次側と磁気的に結合することがないインダクタンスを等価的に二次側の漏れインダクタンスとして加味した場合の一次側と二次側との磁気的な結合の度合いを示すものである。従って、コンバータトランスPITの外部にインダクタンスが付加されない場合には、結合係数k(この場合にはコンバータトランスPIT自体のトランス結合係数kである)と総合結合係数Ktの値は等しくなる。   The total coupling coefficient Kt is an inductance component connected to the primary side, and an inductance that is not magnetically coupled to the secondary side is equivalently considered as a leakage inductance on the primary side. Inductance component connected to the secondary side, which is not magnetically coupled to the primary side, and is equivalent to the secondary side leakage inductance. This indicates the degree of proper coupling. Therefore, when no inductance is added outside the converter transformer PIT, the coupling coefficient k (in this case, the transformer coupling coefficient k of the converter transformer PIT itself) and the total coupling coefficient Kt are equal.

また、結合係数kの値を小さくする場合において、コンバータトランスPIT自体において、結合係数kの値を小さくしても、コンバータトランスPITの一次側または二次側にインダクタンスを付加して結合係数kの値を変化させる場合にも、上述の図5に示した諸特性のについては適用できるので、その原因を問わず一次側と二次側との結合係数を問題とする場合には総合結合係数Ktの用語を用いている。   Further, when the value of the coupling coefficient k is reduced, even if the value of the coupling coefficient k is reduced in the converter transformer PIT itself, an inductance is added to the primary side or the secondary side of the converter transformer PIT so that the coupling coefficient k is reduced. Even when the value is changed, the characteristics shown in FIG. 5 can be applied. Therefore, when the coupling coefficient between the primary side and the secondary side is a problem regardless of the cause, the total coupling coefficient Kt The terminology is used.

図5に示す単峰特性と、先に図19に示した複合共振形コンバータの定電圧制御特性を実際に比較してみると、図5に対して図19に示した特性は、二次曲線的には相当に緩やかな傾斜となる。   When the unimodal characteristic shown in FIG. 5 and the constant voltage control characteristic of the composite resonance type converter shown in FIG. 19 are actually compared, the characteristic shown in FIG. 19 with respect to FIG. In particular, the slope is considerably gentler.

上述のようにして図19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、例えば単レンジ対応の条件下であっても、fs=80kHz〜200kHz以上でΔfs=120kHz以上となるため、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。   Since the characteristic shown in FIG. 19 is gentle as described above, the necessary control range of the switching frequency for performing the constant voltage control on the secondary side DC output voltage Eo is, for example, a condition corresponding to a single range. Even so, since fs = 80 kHz to 200 kHz or more and Δfs = 120 kHz or more, it is very difficult to adapt to a wide range only by constant voltage control by switching frequency control, as described above. It is.

また、このように広範囲にスイッチング周波数を変化させる場合には、コモンモードノイズに対するコモンモードノイズフィルタ及びノーマルモードノイズに対するノーマルモードフィルタのいずれも、このような広い範囲のスイッチング周波数に対応する広帯域のものとせねばならず、その実現が困難となる。更に、より高い周波数で電力用のスイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2を動作させなければならず、スイッチング損失が増加する点からも好ましいものではない。   In addition, when changing the switching frequency over a wide range as described above, both the common mode noise filter for common mode noise and the normal mode filter for normal mode noise have wide bandwidths corresponding to such a wide range of switching frequencies. It must be done, and it will be difficult to realize it. Furthermore, the power switching elements Q1 and Q2 must be operated at a higher frequency, which is not preferable from the viewpoint of increasing the switching loss.

これに対して、本実施の形態の定電圧制御特性としては、図5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、図6に示すものとなる。図6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. 5, and the constant voltage control operation is as shown in FIG. In FIG. 6, each characteristic curve for the maximum load power (Pomax) and the minimum load power (Pomin) at 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: A and B, and 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). Yes.

この図6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。   As can be seen from FIG. 6, first, when the AC input voltage VAC = 100 V corresponding to the AC 100 V system input, the switching required to make the secondary side DC output voltage Eo constant at the required rated level tg. The frequency variable control range (necessary control range) is represented 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.

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。   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 required to make 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19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、上述した交流入力電圧VAC=100V時、VAC=230V時の各必要制御範囲となるΔfs1、Δfs2は、図19に示されるΔfsと比較して相当に縮小されたものとなっている。   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. Therefore, Δfs1 and Δfs2, which are the necessary control ranges when the AC input voltage VAC = 100V and VAC = 230V, are considerably reduced as compared with Δfs shown in FIG. .

そのうえで、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っている。   In addition, 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) is also used. , It is correspondingly narrow.

ここで、図1に示す本実施の形態の電源回路における実際の周波数可変範囲ΔfsA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。更には、スイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2も損失が少なく動作する周波数の範囲となっている。   Here, the actual frequency variable range ΔfsA in the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 1 is well within the variable range of the switching frequency corresponding to the current switching drive IC (oscillation / drive circuit 2). It has become. Furthermore, the switching element Q1 and the switching element Q2 are also in a frequency range in which the loss is reduced and the operation is performed.

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。そして、このことは、図1に示す電源回路が、AC100V系とAC200V系の何れの商用交流電源入力にも対応して、二次側直流出力電圧Eoを安定化可能であることを意味する。つまり、図1に示す電源回路は、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。また、このようにして、必要制御範囲が縮小されることによっては、二次側直流出力電圧Eoを安定化する際の高速応答性が向上することとなって、例えば前述したスイッチング負荷といわれる負荷変動に対応して、良好な定電圧制御の性能が得られることになる。   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. This means that the power supply circuit shown in FIG. 1 can stabilize the secondary side DC output voltage Eo in accordance with any commercial AC power supply input of AC100V system and AC200V system. In other words, the power supply circuit shown in FIG. 1 can support a wide range only by switching frequency control. In addition, by reducing the necessary control range in this way, the high-speed response when stabilizing the secondary side DC output voltage Eo is improved. For example, the load referred to as the above-described switching load Corresponding to the fluctuation, good constant voltage control performance can be obtained.

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、上述のようにして、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. Thereby, 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 constant voltage control in the switching frequency control is performed. This is possible.

ところで、本実施の形態における疎結合の状態を、コンバータトランスPITの構造により得ようとするのであれば、例えばコンバータトランスPITのEE型コアの内磁脚のギャップGについて、拡大して、コンバータトランスPITそのものを疎結合トランスとして構成することになる。   By the way, if the loosely coupled state in the present embodiment is to be obtained by the structure of the converter transformer PIT, for example, the gap G of the inner magnetic leg of the EE type core of the converter transformer PIT is enlarged to convert the converter transformer. The PIT itself is configured as a loosely coupled transformer.

このような構成を採ることによって、図5にて説明した単峰特性を得ることができるので、図6にて説明したようにして、スイッチング周波数の必要制御範囲が縮小され、整流平滑手段において、商用交流電源レベルの等倍に対応するレベルの整流平滑電圧を生成する等倍電圧整流動作と、商用交流電源レベルの2倍に対応するレベルの整流平滑電圧を生成する倍電圧整流動作との切り替えで対応可能な範囲以上の範囲の広範囲な商用交流電源入力に対応して二次側直流電圧の安定化を図ることができる。   By adopting such a configuration, the unimodal characteristics described in FIG. 5 can be obtained, so that the necessary control range of the switching frequency is reduced as described in FIG. Switching between equal voltage rectification operation that generates a rectified and smoothed voltage at a level corresponding to the commercial AC power supply level and double voltage rectification operation that generates a rectified and smoothed voltage at a level corresponding to twice the commercial AC power supply level The secondary side DC voltage can be stabilized in response to a wide range of commercial AC power supply inputs in a range that is greater than or equal to the range that can be accommodated.

なお、図2に示す実施の形態では、単峰特性を得るために、結合係数kの値を0.8とした。結合係数kの値を小さくする程、広範囲な商用交流電源の入力電圧に対して、スイッチング周波数の必要制御範囲が狭くできるので、この点からは、結合係数kの値は、0.7以下であることが更に望ましい。   In the embodiment shown in FIG. 2, the value of the coupling coefficient k is set to 0.8 in order to obtain a single peak characteristic. The smaller the value of the coupling coefficient k, the narrower the required control range of the switching frequency can be for a wide range of commercial AC power supply input voltages. From this point, the value of the coupling coefficient k is 0.7 or less. More desirable is.

しかしながら、一方、このようなギャップGを拡大したコンバータトランスPITの構造とした場合、コンバータトランスPITのコアのギャップG近傍における渦電流損失の増加が支配的になってきて、この影響によってAC→DC電力変換効率(ηAC→DC)の低下が生じることになる。このような観点からは、ギャップGの値はあまり大きくすることができない。   However, in the case of the converter transformer PIT structure in which such a gap G is enlarged, an increase in eddy current loss in the vicinity of the gap G of the core of the converter transformer PIT becomes dominant. The power conversion efficiency (ηAC → DC) will decrease. From such a viewpoint, the value of the gap G cannot be increased too much.

以下、図7及び図8に各部の動作波形を示し、図9に特性図を示すが、これらを得るにあたっては、図2に示す回路の要部に係る定数及び部材を次のように選定した。   FIG. 7 and FIG. 8 show the operation waveforms of the respective parts, and FIG. 9 shows the characteristic diagrams. In obtaining these, constants and members related to the main parts of the circuit shown in FIG. 2 were selected as follows. .

先ず、コンバータトランスPITのギャップ長については、2mmとした。また、上述したように、コンバータトランスPIT自体の結合係数kの値として0.8を得ている。なお、二次巻線N2における1ターン(T)あたりの誘起電圧レベルについては、5V/T以上となる所定値を設定した。 First, the gap length of the converter transformer PIT was set to 2 mm. Further, as described above, 0.8 is obtained as the value of the coupling coefficient k of the converter transformer PIT itself. The induced voltage level per turn (T) in the secondary winding N2 was set to a predetermined value of 5 V / T or more.

このように設定されたコンバータトランスPITを用い、図2に示す回路によって得られるスイッチング電源回路の要部の動作波形を図7(a)ないし図7(h)及び図8(a)ないし図8(d)に示し、図2に示すスイッチング電源回路の特性を図9に示す。   Using the converter transformer PIT set in this way, the operation waveforms of the main part of the switching power supply circuit obtained by the circuit shown in FIG. 2 are shown in FIGS. 7 (a) to 7 (h) and FIGS. FIG. 9 shows the characteristics of the switching power supply circuit shown in FIG.

ここで、図7(a)ないし図7(h)及び図8(a)ないし図8(d)は、スイッチングコンバータのスイッチング周期により示す波形図であるが、図7(a)ないし図7(d)及び図8(a)と図8(b)では交流入力電圧VAC=100V時における動作波形を示している。   Here, FIGS. 7 (a) to 7 (h) and FIGS. 8 (a) to 8 (d) are waveform diagrams showing the switching period of the switching converter. FIG. 7 (a) to FIG. FIG. 8 (a) and FIG. 8 (b) show operation waveforms when the AC input voltage VAC = 100V.

具体的には、図7(a)に示す矩形波状の電圧V1は、スイッチング素子Q2のドレインとソースの両端電圧であり、図7(b)に示すスイッチング電流IQ2は、負荷電力Po=300W時におけるスイッチング素子Q2のドレイン電流である。   Specifically, the rectangular wave voltage V1 shown in FIG. 7A is the voltage across the drain and source of the switching element Q2, and the switching current IQ2 shown in FIG. 7B is the load power Po = 300W. Is the drain current of the switching element Q2.

また、図7(c)に示す矩形波状の電圧V2は、コンバータトランスPITの二次巻線N2の両端の電圧であり、図7(d)に示す電流I2は、負荷電力Po=300W時におけるコンバータトランスPITの二次巻線N2に流れる電流を示すものである。   7C is a voltage across the secondary winding N2 of the converter transformer PIT, and the current I2 shown in FIG. 7D is obtained when the load power Po = 300 W. This shows the current flowing through the secondary winding N2 of the converter transformer PIT.

また、図8(a)及び図8(b)は各々、負荷電力Po=0W時における波形を示すものであり、図8(a)には、スイッチング素子Q2のドレインとソースの両端電圧である電圧V1を示し、図8(b)には、スイッチング素子Q2のドレイン電流であるスイッチング電流IQ2を示すものである。   8 (a) and 8 (b) show waveforms when the load power Po = 0W, and FIG. 8 (a) shows the voltage across the drain and source of the switching element Q2. A voltage V1 is shown, and FIG. 8B shows a switching current IQ2 which is a drain current of the switching element Q2.

一方、図7(e)ないし図7(h)及び図8(c)と図8(d)では交流入力電圧VAC=230V時における動作波形を示している。具体的には、図7(e)には、スイッチング素子Q2のドレインとソースの両端電圧である電圧V1、図7(f)には、スイッチング素子Q2のドレイン電流であるスイッチング電流IQ2を示すものであり、これらは、負荷電力Po=300W時における波形である。   On the other hand, FIGS. 7 (e) to 7 (h), 8 (c) and 8 (d) show operation waveforms when the AC input voltage VAC = 230V. Specifically, FIG. 7E shows the voltage V1 that is the voltage across the drain and source of the switching element Q2, and FIG. 7F shows the switching current IQ2 that is the drain current of the switching element Q2. These are waveforms when the load power Po = 300 W.

また、図7(e)に示す矩形波状の電圧V2は、コンバータトランスPITの二次巻線N2の両端の電圧であり、図7(f)に示す電流I2は、コンバータトランスPITの二次巻線N2に流れる電流を示すものである。これらは、負荷電力Po=300W時における波形である。   Further, a rectangular wave voltage V2 shown in FIG. 7E is a voltage across the secondary winding N2 of the converter transformer PIT, and a current I2 shown in FIG. 7F is a secondary winding of the converter transformer PIT. This shows the current flowing in the line N2. These are waveforms when the load power Po = 300 W.

また、図8(c)及び図8(d)は各々、負荷電力Po=0W時における波形を示すものであり、図8(c)には、スイッチング素子Q2のドレインとソースの両端電圧である電圧V1を示し、図8(d)には、スイッチング素子Q2のドレイン電流であるスイッチング電流IQ2を示すものである。   8 (c) and 8 (d) each show a waveform when the load power Po = 0W, and FIG. 8 (c) shows the voltage across the drain and source of the switching element Q2. The voltage V1 is shown, and FIG. 8D shows the switching current IQ2 which is the drain current of the switching element Q2.

図7(a)及び図7(e)に示す、矩形波状の電圧V1は、スイッチング素子Q2の両端電圧であり、スイッチング素子Q2のオン/オフタイミングを示す。この電圧V1は、スイッチング素子Q2が導通してオンとなるオン期間では0レベルとなり、非導通となるオフ期間においては、整流平滑電圧Eiのレベルでクランプされる波形となる。   The rectangular wave voltage V1 shown in FIGS. 7A and 7E is a voltage across the switching element Q2, and indicates the on / off timing of the switching element Q2. This voltage V1 has a waveform clamped at the level of the rectified and smoothed voltage Ei during an on period in which the switching element Q2 is conductive and turned on, and in an off period in which the switching element Q2 is nonconductive.

スイッチング素子Q2のオン期間においては、スイッチング素子Q2及びダンパーダイオードDD2 から成るスイッチング回路系には、図示する波形によるスイッチング電流IQ2が流れる。また、スイッチング電流IQ2は、スイッチング素子Q2のオフ期間においては0レベルとなる。   During the ON period of the switching element Q2, a switching current IQ2 having a waveform shown in the figure flows through the switching circuit system including the switching element Q2 and the damper diode DD2. Further, the switching current IQ2 becomes 0 level during the OFF period of the switching element Q2.

また、図示していないが、他方のスイッチング素子Q1の両端電圧、及びスイッチング回路(Q1,DD1)に流れるスイッチング電流としては、電圧V1、及びスイッチング電流IQ2の位相を180°シフトした波形として得られる。つまり、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とは、交互にオン/オフするようにして同じ周期タイミングでスイッチング動作を行う。   Although not shown, the voltage across the other switching element Q1 and the switching current flowing through the switching circuit (Q1, DD1) are obtained as a waveform obtained by shifting the phases of the voltage V1 and the switching current IQ2 by 180 °. . That is, the switching element Q1 and the switching element Q2 perform the switching operation at the same cycle timing so as to be alternately turned on / off.

また、 図7(b)及び図7(f)に示す、スイッチング電流IQ2は、スイッチング周期の半周期において一次側直列共振回路(L1−C1)を流れる電流を示しているが、他の半周期(スイッチング素子Q1のオン期間)においては、スイッチング素子Q1及びダンパーダイオードDD1から成るスイッチング回路系には、図示しないスイッチング電流IQ1が流れる。そして、一次側直列共振回路(L1−C1)には、これらのスイッチング回路(Q1,DD1)(Q2,DD2)に流れるスイッチング電流が合成された成分(図示せず)が流れる。   Further, the switching current IQ2 shown in FIG. 7B and FIG. 7F shows the current flowing through the primary side series resonance circuit (L1-C1) in the half cycle of the switching cycle. In the (on period of the switching element Q1), a switching current IQ1 (not shown) flows through the switching circuit system including the switching element Q1 and the damper diode DD1. A component (not shown) in which switching currents flowing through the switching circuits (Q1, DD1) (Q2, DD2) are combined flows through the primary side series resonance circuit (L1-C1).

このようにして、一次側のスイッチング動作により、コンバータトランスPITの二次巻線N2に電圧が誘起されて、二次側直列共振回路が動作することになる。二次巻線N2には、この二次側直列共振回路の共振動作に応じた周期の、図7(d)及び図7(f)に示す交番電圧が発生する。   In this way, a voltage is induced in the secondary winding N2 of the converter transformer PIT by the switching operation on the primary side, and the secondary side series resonance circuit operates. An alternating voltage shown in FIGS. 7D and 7F is generated in the secondary winding N2 with a period corresponding to the resonance operation of the secondary side series resonance circuit.

ここで、コンバータトランスPITの二次巻線N2(電気的には二次巻線N2のリーケージインダクタンス成分(L2))及び二次側直列共振コンデンサC2から成る二次側直列共振回路には、ブリッジ接続された整流ダイオードDo1ないし整流ダイオードDo4から成るブリッジ整流回路の、1方の入力端(整流ダイオードDo1のアノードと整流ダイオードDo4のカノードの接続点)及びブリッジ整流回路の他方の入力端(整流ダイオードDo3のアノードと整流ダイオードDo2のカノードの接続点)とが接続されいる。また、ブリッジ整流回路の、1方の出力端(整流ダイオードDo1のカソードと整流ダイオードDo3のカノードの接続点)及びブリッジ整流回路の他方の出力端(整流ダイオードDo2のアノードと整流ダイオードDo4のアノードの接続点)には平滑コンデンサCoが接続され、平滑コンデンサCoの負極端子は、二次側アース電位とし、平滑コンデンサCoの正極端子と負極端子との両端から二次側直流出力電圧を得るようになされている。   Here, the secondary side series resonance circuit including the secondary winding N2 of the converter transformer PIT (electrically the leakage inductance component (L2) of the secondary winding N2) and the secondary side series resonance capacitor C2 includes a bridge. One input end of the bridge rectifier circuit composed of the connected rectifier diodes Do1 to Do4 (the connection point between the anode of the rectifier diode Do1 and the rectifier diode Do4) and the other input end of the bridge rectifier circuit (rectifier diode) The anode of Do3 and the node of the rectifier diode Do2 are connected. Also, one output end of the bridge rectifier circuit (a connection point between the cathode of the rectifier diode Do1 and the rectifier diode Do3) and the other output end of the bridge rectifier circuit (the anode of the rectifier diode Do2 and the anode of the rectifier diode Do4). The smoothing capacitor Co is connected to the connection point), the negative terminal of the smoothing capacitor Co is set to the secondary side ground potential, and the secondary side DC output voltage is obtained from both ends of the positive and negative terminals of the smoothing capacitor Co. Has been made.

二次側直列共振回路からの交番電圧(二次側直列共振回路の出力)を入力して動作する二次側整流回路においては、交番電圧が正極性となる半周期において整流ダイオード[Do1、Do2]の組が導通して平滑コンデンサCoに整流電流を充電し、負極性となる半周期において整流ダイオード[Do3、Do4]の組が導通して平滑コンデンサCoに整流電流を充電する動作が得られる。   In a secondary rectifier circuit that operates by inputting an alternating voltage (output of the secondary side series resonant circuit) from the secondary side series resonant circuit, the rectifier diodes [Do1, Do2 in a half cycle in which the alternating voltage is positive. And the smoothing capacitor Co is charged with the rectified current, and the rectifier diodes [Do3, Do4] are turned on and the smoothing capacitor Co is charged with the rectified current in the half cycle of negative polarity. .

このような動作が行われることで、二次側の整流電流経路を流れる二次側整流電流I2としては、図7(d)及び図7(f)に示すように、正極性により流れる期間と負極性により流れる期間とが周期的に交互に現れる波形となる。なお、図7(d)及び図7(f)に示す電流の波形は、最大負荷電力(Pomax)、すなわち300Wにおけるものを示し、この二次側整流電流I2は、最小負荷電力(Pomin)、すなわち0Wにおいては0レベルとなる。   By performing such an operation, as shown in FIGS. 7D and 7F, the secondary side rectified current I2 flowing through the secondary side rectified current path has a period of flowing due to the positive polarity. Due to the negative polarity, the waveform flows alternately and periodically. 7 (d) and 7 (f) show the maximum load power (Pomax), that is, at 300 W, and this secondary side rectified current I2 is the minimum load power (Pomin), That is, it becomes 0 level at 0W.

ここで、これら図7(a)と図7(f)を比較してみると、先ず、図7(f)に示される交流入力電圧VAC=230V、最大負荷電力(Pomax)=300W時の波形図においては、一次側のスイッチング電流IQ2の導通期間内に二次側整流電流I2の導通期間が収まっている。この状態は、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力として一次側直列共振回路に流れる一次側直列共振電流と、二次側整流電流I2との位相が一致している状態とみることができる。   Here, comparing FIG. 7 (a) and FIG. 7 (f), first, the waveform at the time of AC input voltage VAC = 230V and maximum load power (Pomax) = 300W shown in FIG. 7 (f). In the figure, the conduction period of the secondary side rectified current I2 falls within the conduction period of the primary side switching current IQ2. This state can be regarded as a state in which the phase of the primary side series resonant current flowing through the primary side series resonant circuit as the switching output of the switching elements Q1 and Q2 and the secondary side rectified current I2 coincide.

これに対して、図7(a)に示される交流入力電圧VAC=100V、最大負荷電力(Pomax)=300W時では、スイッチング電流IQ2の導通期間内に二次側整流電流I2の導通期間が収まっていない状態で、周期的に流れている状態にある。つまり、交流入力電圧VAC=100V、最大負荷電力(Pomax)=300Wの条件においては、一次側直列共振電流に対して、二次側整流電流I2が一定の位相差を有している状態であるということがいえる。   On the other hand, when the AC input voltage VAC = 100V and the maximum load power (Pomax) = 300 W shown in FIG. 7A, the conduction period of the secondary side rectified current I2 is within the conduction period of the switching current IQ2. It is in a state where it is flowing periodically and not. That is, under the conditions of the AC input voltage VAC = 100 V and the maximum load power (Pomax) = 300 W, the secondary side rectified current I2 has a constant phase difference with respect to the primary side series resonance current. It can be said that.

このような位相差は、先に述べたように、一次側直列共振回路の共振周波数fo1と二次側直列共振回路の共振周波数fo2について、fo2≒fo1×1.65の関係が得られるように設定したことにより生じるものである。逆に言えば、一次側直列共振回路の共振周波数fo1と二次側直列共振回路の共振周波数fo2は、一定以下の交流入力電圧VACのレベルと、一定以上の重負荷の条件において、一次側直列共振電流と二次側整流電流I2との間で一定の位相差が得られるようにして設定されている。   As described above, such a phase difference has a relationship of fo2≈fo1 × 1.65 with respect to the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit. It is caused by setting. In other words, the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit are the primary side series resonance under the condition of the AC input voltage VAC below a certain level and the heavy load above the certain level. It is set so that a constant phase difference is obtained between the resonance current and the secondary side rectified current I2.

このようにして、本実施の形態としては、各共振周波数fo1、fo2の設定により、交流入力電圧VAC=100V・負荷電力Pomax=300Wの条件のもとで、スイッチング電流IQ2と二次側整流電流I2とについて一定の位相差を生じさせている。これにより、交流入力電圧VAC=230V時(AC200V系時)で最大負荷電力(Pomax)(300W)時の条件では、スイッチング電流IQ2のピークレベルが有効に抑制されるという実験結果が得られた。   In this way, according to the present embodiment, the switching current IQ2 and the secondary side rectified current are set under the conditions of the AC input voltage VAC = 100 V and the load power Pomax = 300 W by setting the resonance frequencies fo1 and fo2. A certain phase difference is generated with respect to I2. As a result, an experimental result was obtained that the peak level of the switching current IQ2 was effectively suppressed under the conditions of the maximum input power (Pomax) (300 W) when the AC input voltage VAC = 230 V (AC 200 V system).

なお、このように交流入力電圧VAC=230V時でのスイッチング電流IQ2のピークレベルの抑制が図られていることは、図7(a)における最大負荷電力(Pomax)時のスイッチング電流IQ2のピークレベルと最小負荷電力(Pomin)=0W時のスイッチング電流IQ2のピークレベルの比(Lv1/Lv2)に対して、図7(b)における最大負荷電力(Pomax)時のスイッチング電流IQ2のピークレベルと最小負荷電力(Pomin)=0W時のスイッチング電流IQ2のピークレベルの比(Lv3/Lv4)の方が小さくなっていることによっても示されている。   The suppression of the peak level of the switching current IQ2 when the AC input voltage VAC = 230V is achieved in this way is that the peak level of the switching current IQ2 at the maximum load power (Pomax) in FIG. And the minimum level of the load current (Pomin) = 0W, the peak level and minimum level of the switching current IQ2 at the maximum load power (Pomax) in FIG. 7 (b) with respect to the ratio (Lv1 / Lv2) of the peak level of the switching current IQ2 This is also indicated by the fact that the ratio (Lv3 / Lv4) of the peak level of the switching current IQ2 when the load power (Pomin) = 0 W is smaller.

このようにして、スイッチング電流IQ2のピークレベルが抑制されることによっては、一次側直列共振回路を流れる一次側直列共振電流(Io)のピークレベルとしてもその抑制が図られる。そして、一次側直列共振電流のピークレベルの抑制が図られることによっては、各スイッチング素子Q1、Q2を流れる電流レベルが抑制されることになるので、スイッチング素子Q1、Q2におけるスイッチング損失も低減されることになる。   By suppressing the peak level of the switching current IQ2 in this way, the peak level of the primary side series resonance current (Io) flowing through the primary side series resonance circuit can be suppressed. By suppressing the peak level of the primary side series resonance current, the current level flowing through each switching element Q1, Q2 is suppressed, so that the switching loss in the switching elements Q1, Q2 is also reduced. It will be.

つまり、図2の電源回路においては、特に交流入力電圧レベルが高く、かつ重負荷となる傾向の条件において、従来よりも電力損失が低減されているものであり、電源回路としての電力変換効率特性の向上が図られているということがいえる。   That is, in the power supply circuit of FIG. 2, the power loss is reduced compared with the conventional power conversion efficiency characteristics, particularly under the condition that the AC input voltage level is high and the load tends to be heavy. It can be said that the improvement is achieved.

なお、上述のようにして、共振周波数fo1、fo2を設定した場合、図7に示されるように、交流入力電圧VAC=100V/最大負荷電力(Pomax)=300W時のスイッチング電流IQ2(一次側直列共振電流)の波形は略正弦波状となる。またVAC=230Vであって、最大負荷電力(Pomax)=300W時のスイッチング電流IQ2(一次側直列共振電流)の波形のピーク部分は略M字状となる。   When the resonance frequencies fo1 and fo2 are set as described above, as shown in FIG. 7, the switching current IQ2 (primary side series) when the AC input voltage VAC = 100 V / maximum load power (Pomax) = 300 W is set. The waveform of (resonance current) is substantially sinusoidal. Further, the peak portion of the waveform of the switching current IQ2 (primary side series resonance current) when VAC = 230 V and the maximum load power (Pomax) = 300 W is substantially M-shaped.

また、本実施の形態では、共振周波数fo1、fo2についてfo2≒fo1×1.65の関係が得られるように設定する例を挙げたが、上述のような効果を得るにあたって設定されるべき共振周波数fo1と共振周波数fo2の値の関係はこれに限定されるものでなく、実際には、例えば対応する負荷条件等により適宜変更されて構わない。 Further, in the present embodiment, an example is given in which the resonance frequencies fo1 and fo2 are set so as to obtain a relationship of fo2≈fo1 × 1.65. However, the resonance frequency to be set to obtain the above-described effect The relationship between the values of fo1 and the resonance frequency fo2 is not limited to this, and may actually be appropriately changed depending on, for example, the corresponding load condition.

すなわち、例えば、実際に必要とされるまでに一次側直列共振電流のピークレベルが抑制される状態が得られるように、一定以下の交流入力電圧範囲で、かつ、一定以上の重負荷とされる条件において、一次側直列共振電流と二次側整流電流について一定の位相差が得られるように、共振周波数fo1と共振周波数fo2の値が設定されればよいものである。   That is, for example, in order to obtain a state in which the peak level of the primary side series resonance current is suppressed until it is actually required, an AC input voltage range of a certain level or less and a heavy load of a certain level or more are set. It is only necessary to set the values of the resonance frequency fo1 and the resonance frequency fo2 so that a constant phase difference is obtained for the primary side series resonance current and the secondary side rectified current under the conditions.

上述した、図1または図2に示す実施の形態においては、コンバータトランスPITの一次巻線N1の一方の端部には、一次側直列共振コンデンサC1の直列接続を介して、スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとの接続点(スイッチング出力点)に接続されることで、スイッチング出力が伝達されるようになっている。しかしながら、同様な作用を得るためには、スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとの接続点(スイッチング出力点)にコンバータトランスPITの一次巻線N1の一方の端部を接続し、コンバータトランスPITの一次巻線N1の他方の端部と一次側直列共振コンデンサC1の1側端を接続し、一次側直列共振コンデンサC1の他側端を一次側アースと接続しても良いものである。   In the above-described embodiment shown in FIG. 1 or FIG. 2, the source of the switching element Q1 is connected to one end of the primary winding N1 of the converter transformer PIT via the series connection of the primary series resonant capacitor C1. Is connected to a connection point (switching output point) between the drain of the switching element Q2 and a switching output is transmitted. However, in order to obtain the same effect, one end of the primary winding N1 of the converter transformer PIT is connected to a connection point (switching output point) between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2, and the converter The other end of the primary winding N1 of the transformer PIT may be connected to one side end of the primary side series resonant capacitor C1, and the other side end of the primary side series resonant capacitor C1 may be connected to the primary side ground. .

更にまた、図示しないが、スイッチング手段は、4個のスイッチング素子を設け、いわゆる、ハーフブリッジを2組、組み合わせた構成から形成されるフルブリッジ構成としても良く、この場合には、一次側直列共振コンデンサC1と一次巻線N1の直列接続において、一次側直列共振コンデンサC1の1の端部と一次巻線N1の1の端部の接続点ではない側の一次側直列共振コンデンサC1の他の端部を1組のハーフブリッジのスイッチング出力点に接続し、一次巻線N1の他の端部を、もう一方の1組のハーフブリッジのスイッチング出力点に接続するものであっても良いものである。   Furthermore, although not shown, the switching means may be provided with four switching elements and may be a full bridge configuration formed by combining two so-called half bridges. In this case, the primary side series resonance In the series connection of the capacitor C1 and the primary winding N1, the other end of the primary side series resonant capacitor C1 on the side that is not the connection point between one end of the primary side series resonant capacitor C1 and one end of the primary winding N1. The part may be connected to the switching output point of one set of half bridges, and the other end of the primary winding N1 may be connected to the switching output point of the other set of half bridges. .

また、二次側直流出力電圧生成手段については、図1または図2に示した、一個の巻線からの電力を整流する全波整流回路のみならず、倍電圧半波整流回路、倍電圧全波整流回路、4倍電圧整流回路(いずれも図示しない)のいずれであって良いものである。   As for the secondary side DC output voltage generating means, not only the full-wave rectifier circuit for rectifying the power from one winding shown in FIG. 1 or FIG. Any of a wave rectifier circuit and a quadruple voltage rectifier circuit (both not shown) may be used.

しかしながら、二次巻線の誘起電圧の正負の各期間において二次巻線全体において整流電流が流れる形式の図1または図2に示す全波整流回路を用いることによっては、特に、次のような問題も解消している。   However, by using the full-wave rectifier circuit shown in FIG. 1 or FIG. 2 in which the rectification current flows in the entire secondary winding in each positive and negative period of the induced voltage of the secondary winding, in particular, the following The problem is also solved.

先ず、両波整流回路とした場合、図18の電流共振形コンバータの二次側としても示すように、二次巻線N2にはセンタータップが設けられ、2つの二次巻線部N2A,N2Bが形成されることになる。そして、これら2つの二次巻線部において、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期においては、整流電流は[二次巻線部N2A→整流ダイオードDo1→平滑コンデンサCo→二次巻線部N2A]の経路で流れる。また、上述の交番電圧の他方の半周期には、整流電流は[二次巻線部N2B→整流ダイオードDo2→平滑コンデンサCo→二次巻線部N2B]を介して流れる。つまり両波整流において、2つの二次巻線部としては、一方の半周期には一方にのみ電流が流れ、他方には流れないという状態となる。   First, in the case of a double-wave rectifier circuit, as shown also as the secondary side of the current resonance type converter of FIG. 18, the secondary winding N2 is provided with a center tap, and the two secondary winding portions N2A and N2B are provided. Will be formed. In these two secondary winding portions, in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current is [secondary winding portion N2A → rectifier diode Do1 → smoothing capacitor Co → It flows through the path of the secondary winding portion N2A]. Further, in the other half cycle of the above alternating voltage, the rectified current flows through [secondary winding portion N2B → rectifier diode Do2 → smoothing capacitor Co → secondary winding portion N2B]. That is, in the two-wave rectification, the two secondary winding portions are in a state in which current flows only in one half cycle and does not flow in the other half cycle.

このような両波整流動作によると、コンバータトランスPITのボビンに対してそれぞれ巻装された二次巻線部N2Aと二次巻線部N2Bとの間には、所要の静電容量が存在することとなる。そして、このように線間静電容量が存在していることにより、この場合のコンバータトランスPITの二次側においては、等価的には二次巻線N2に対して並列にコンデンサCvが接続された状態となる。   According to such a double-wave rectification operation, a required capacitance exists between the secondary winding portion N2A and the secondary winding portion N2B wound around the bobbin of the converter transformer PIT. It will be. Since the inter-line capacitance is present in this way, the capacitor Cv is equivalently connected in parallel with the secondary winding N2 on the secondary side of the converter transformer PIT in this case. It becomes a state.

二次巻線N2に対して並列にコンデンサCvが接続されることで、この場合は二次側においても二次巻線N2のリーケージインダクタンスとコンデンサCvのキャパシタンスとによる、並列共振回路が形成されることと等価の状態が得られる。   By connecting the capacitor Cv in parallel to the secondary winding N2, in this case, a parallel resonance circuit is formed on the secondary side by the leakage inductance of the secondary winding N2 and the capacitance of the capacitor Cv. The equivalent state is obtained.

ちなみに、コンデンサCvのキャパシタンスとしては、二次巻線N2として用いるリッツ線の束数と、二次巻線N2が巻装されるボビンの窓面積によって決定されるものであるが、例えば図18に示した電流共振形コンバータの設計仕様では、およそ100pF〜500pF程度と微少なもとなっている。   Incidentally, the capacitance of the capacitor Cv is determined by the number of bundles of litz wires used as the secondary winding N2 and the window area of the bobbin around which the secondary winding N2 is wound. In the design specification of the current resonance type converter shown, it is a very small amount of about 100 pF to 500 pF.

そして、このように二次側においても並列共振回路が形成されることで、定電圧制御特性の実際としては、図19に示したものから図20に示すようなものとなる。図20において、先ず、上述のように二次側に対しても並列共振回路が形成されることで、一次側の直列共振回路の共振周波数をfo1とした場合、二次側の並列共振回路の共振周波数fov2が存在することになる。   As a result of the parallel resonance circuit being formed on the secondary side as described above, the actual constant voltage control characteristics are changed from those shown in FIG. 19 to those shown in FIG. In FIG. 20, first, as described above, a parallel resonant circuit is formed also on the secondary side, so that when the resonance frequency of the primary side series resonant circuit is fo1, the secondary side parallel resonant circuit of FIG. A resonance frequency fov2 exists.

そして、このように異なる共振点が2つ存在するようにされることで、特にPomin時(軽負荷時)における特性曲線としては、一次側の共振周波数fo1に応じてピークと二次側の共振周波数fov2に応じたピークとの2つのピークを持つ、図のような双峰曲線が得られることになる。   Since two different resonance points exist in this way, the characteristic curve particularly at Pomin (light load) shows that the resonance between the peak and the secondary side depends on the resonance frequency fo1 on the primary side. A bimodal curve as shown in the figure having two peaks corresponding to the frequency fov2 is obtained.

この場合、コンデンサCvのキャパシタンスとしては、上述したように比較的微少とされることで、重負荷の条件で二次側直流出力電圧Eoのレベルが比較的低くなる傾向とされているときは、二次側の共振点は顕在化しない(Pomax時の特性曲線)。しかし、軽負荷の傾向となって、無負荷の状態に近づくことによっては、二次側直流出力電圧Eoが急激な上昇傾向となることに伴って、二次側の共振点が顕在化するかの如く、図中Po=0時の特性曲線のような双峰の特性曲線が得られる。   In this case, as the capacitance of the capacitor Cv is relatively small as described above, when the level of the secondary side DC output voltage Eo tends to be relatively low under heavy load conditions, The secondary resonance point does not become apparent (characteristic curve at Pomax). However, if the secondary-side DC output voltage Eo tends to rise sharply by approaching a no-load state due to a light load trend, does the secondary-side resonance point become obvious? Thus, a bimodal characteristic curve such as a characteristic curve at Po = 0 in the figure is obtained.

この双峰の特性曲線と、先の図19における同じPo=0W時の特性曲線を比較すると、図20に示される双峰曲線の方が、単峰の曲線とされた場合よりも、無負荷時のスイッチング周波数がより高くなる傾向となることが理解できる。そして、これによれば、各図のΔfsを比較してわかるように、図20の双峰となる方がスイッチング周波数の必要制御範囲Δfsがより広範となる。   When comparing the characteristic curve of this bimodal with the characteristic curve at the same Po = 0W in FIG. 19, the bimodal curve shown in FIG. 20 has no load compared to the case where it is a unimodal curve. It can be seen that the switching frequency at the time tends to be higher. According to this, as can be seen by comparing Δfs in each figure, the required control range Δfs of the switching frequency becomes wider in the case of the bimodal in FIG.

このようにして、二次側整流回路として両波整流回路を備えた場合は、二次側において等価的に形成される並列共振回路の共振回路による共振点の存在に起因して、必要制御範囲Δfsが拡大する。これまで説明した二次側の構成を採る本実施の形態の電源回路としては、上述したコンデンサCvは形成されず、従って、二次側並列共振の形成に起因する必要制御範囲Δfsの拡大要素が排除されているものである。   In this way, when a double-wave rectifier circuit is provided as a secondary side rectifier circuit, the required control range is caused by the presence of a resonance point due to the resonant circuit of the parallel resonant circuit formed equivalently on the secondary side. Δfs expands. The above-described capacitor Cv is not formed in the power supply circuit of the present embodiment that adopts the secondary-side configuration described so far. Therefore, there is an expansion factor of the necessary control range Δfs due to the formation of the secondary-side parallel resonance. It has been excluded.

図9に、図2に示すスイッチング電源によって得られる特性を示す。実線は、交流入力電圧VAC=100Vにおける特性を示し、破線は交流入力電圧VAC=230Vにおける特性を示すものである。   FIG. 9 shows characteristics obtained by the switching power supply shown in FIG. The solid line shows the characteristics at the AC input voltage VAC = 100V, and the broken line shows the characteristics at the AC input voltage VAC = 230V.

図9において、縦軸は、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)の値と駆動信号の周波数であるスイッチング周波数fsの値とを示し、横軸は負荷電力Poの値を示すものである。図9に示すように、最大負荷電力(Pomax)=300Wにおける、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)の値は、交流入力電圧VAC=100Vにおいては92.8%となり、交流入力電圧VAC=230Vにおいては95、3%が得られた。   In FIG. 9, the vertical axis indicates the value of AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) and the value of the switching frequency fs that is the frequency of the drive signal, and the horizontal axis indicates the value of the load power Po. . As shown in FIG. 9, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) at the maximum load power (Pomax) = 300 W is 92.8% when the AC input voltage VAC = 100 V, and the AC input voltage VAC = 230 V, 95, 3% was obtained.

このときの、スイッチング周波数fsの値は、交流入力電圧VAC=100Vにおいては、最小負荷電力(Pomain)=0Wでは109kHz、最大負荷電力(Pomax)=300Wでは80kHzとなった。また、スイッチング周波数fsの値は、交流入力電圧VAC=230Vにおいては、最小負荷電力(Pomain)=0Wでは112kHz、最大負荷電力(Pomax)=300Wでは96.5kHzとなった。   At this time, the value of the switching frequency fs was 109 kHz when the minimum load power (Pomain) = 0 W and 80 kHz when the maximum load power (Pomax) = 300 W when the AC input voltage VAC = 100 V. Further, the value of the switching frequency fs was 112 kHz when the minimum load power (Pomain) = 0 W at the AC input voltage VAC = 230 V, and 96.5 kHz when the maximum load power (Pomax) = 300 W.

次に、図1に沿って、力率改善回路10を更に備えるスイッチング電源回路の説明を行う。なお、力率改善回路10のような力率改善手段を備える電源回路は、電力回生方式力率改善電源と総称される。   Next, a switching power supply circuit further including a power factor correction circuit 10 will be described with reference to FIG. In addition, a power supply circuit provided with a power factor improvement means like the power factor improvement circuit 10 is named generically as a power regeneration system power factor improvement power source.

力率改善回路10は、フィルタコンデンサCN、高周波インダクタL10、高速ダイオードD1及び高速ダイオードD2を備える。   The power factor correction circuit 10 includes a filter capacitor CN, a high frequency inductor L10, a high speed diode D1, and a high speed diode D2.

コンバータトランスPITの一次巻線N1の1側端は、高速ダイオードD1のアノード、高速ダイオードD2のカソード及び高周波インダクタL10の1側端に接続されている。そして、高速ダイオードD2のアノードは一次側アースに接続されている。また、高速ダイオードD1のカソードは、スイッチング素子Q1のドレイン、整流ダイオードDa及び整流ダイオードDbのカソード、フィルタコンデンサCNの1側端及び平滑コンデンサCi1の側端である+の極性端に接続されている。また、高周波インダクタL10の他側端は、フィルタコンデンサCNの他側端、整流ダイオードDaのアノード及び整流ダイオードDbのカソードに接続されている。   One side end of the primary winding N1 of the converter transformer PIT is connected to the anode of the high speed diode D1, the cathode of the high speed diode D2, and the one side end of the high frequency inductor L10. The anode of the high speed diode D2 is connected to the primary side ground. The cathode of the high-speed diode D1 is connected to the drain of the switching element Q1, the cathodes of the rectifier diode Da and the rectifier diode Db, the one end of the filter capacitor CN, and the positive polarity end that is the side end of the smoothing capacitor Ci1. . The other end of the high frequency inductor L10 is connected to the other end of the filter capacitor CN, the anode of the rectifier diode Da, and the cathode of the rectifier diode Db.

上述の接続態様によって、力率改善回路10は、一次側直列共振回路に流れる電流の一部であつて、一次側直列共振回路に流れる電流の大きさに応じた電流を整流平滑手段に供給に帰還して、力率の改善を行うことができるようになされている。このとき、整流平滑手段に供給に帰還する電流は高速ダイオードD1を通過するようになされている。   According to the above connection mode, the power factor correction circuit 10 supplies a current corresponding to the magnitude of the current flowing in the primary side series resonant circuit to the rectifying and smoothing means, which is a part of the current flowing in the primary side series resonant circuit. It is designed to be able to return and improve the power factor. At this time, the current fed back to the supply to the rectifying / smoothing means passes through the high speed diode D1.

なお、図1に示すスイッチング電源回路の要部に係る定数及び部材を次のように選定した。   In addition, the constant and member which concern on the principal part of the switching power supply circuit shown in FIG. 1 were selected as follows.

先ず、コンバータトランスPITについては、EER−40型のフェライトコアを選定し、ギャップGのギャップ長については、2mmとした。また、各巻線の巻数(ターン数:T)としては、一次巻線N1=38T、二次巻線N2=26Tとした。この構造により、コンバータトランスPIT自体の結合係数kの値として0.7を得ている。なお、二次巻線N2における1ターン(T)あたりの誘起電圧レベルについては、5V/T以上となる所定値を設定した。   First, an EER-40 type ferrite core was selected for the converter transformer PIT, and the gap length of the gap G was 2 mm. The number of turns of each winding (number of turns: T) was set to primary winding N1 = 38T and secondary winding N2 = 26T. With this structure, 0.7 is obtained as the value of the coupling coefficient k of the converter transformer PIT itself. The induced voltage level per turn (T) in the secondary winding N2 was set to a predetermined value of 5 V / T or more.

また、高周波インダクタL10のインダクタンスの値としては、47μH(マイクロヘンリー)とした、そして、総合結合係数Ktの値として0.64を得ている。また、 一次側直列共振コンデンサC1の値としては、0.016μF(マイクロファラッド)、二次側直列共振コンデンサC2の値としては、0.018μF(マイクロファラッド)を用いた。   Further, the inductance value of the high frequency inductor L10 is 47 μH (microhenry), and the total coupling coefficient Kt is 0.64. Further, 0.016 μF (microfarad) was used as the value of the primary side series resonance capacitor C1, and 0.018 μF (microfarad) was used as the value of the secondary side series resonance capacitor C2.

このとき、一次側直列共振回路の共振周波数fo1と二次側直列共振回路の共振周波数fo2の各々について、共振周波数fo1の値として65kHz、共振周波数fo2の値として107.5kHzを得、fo2≒fo1×1.65の関係が得られるように各共振回路の共振周波数を設定した。   At this time, for each of the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit, 65 kHz is obtained as the value of the resonance frequency fo1, and 107.5 kHz is obtained as the value of the resonance frequency fo2, and fo2≈fo1. The resonance frequency of each resonance circuit was set so that the relationship of × 1.65 was obtained.

また、負荷条件は、二次側直流出力電圧Eoについては、Eo=175Vとし、負荷電力Poの最大値である最大負荷電力(Pomax)の値は300Wとした。また、商用交流電源の入力条件としては交流入力電圧VAC=85V〜288Vのワイドレンジ入力とした。   Further, the load condition was set to Eo = 175 V for the secondary side DC output voltage Eo, and the value of the maximum load power (Pomax) that is the maximum value of the load power Po was 300 W. Further, the input condition of the commercial AC power supply was a wide range input of AC input voltage VAC = 85V to 288V.

図10の波形図は、力率改善回路10の動作波形を、商用交流電源周期により示している。   The waveform diagram of FIG. 10 shows the operation waveform of the power factor correction circuit 10 by the commercial AC power supply cycle.

図10(a)ないし図10(d)は、交流入力電圧VACの値が100V時の各部の動作波形示し、図10(e)ないし図10(h)は、交流入力電圧VACの値が230V時の動作波形を示している。具体的には、図10(a)及び図10(e)は交流入力電圧VACを示し、図10(b)及び図10(f)は交流入力電流IACを示し、図10(c)及び図10(g)はコンバータトランスPITの巻端の電圧V1を示し、図10(d)及び図10(h)は高周波インダクタL10に流れる電流I1の波形を示している。なお、図10(c)、図10(d)、図10(g)及び図10(h)における各々の波形の縦線部はスイッチング周波数fsにてスイッチングしていることを表している。   10 (a) to 10 (d) show operation waveforms of each part when the value of the AC input voltage VAC is 100V, and FIGS. 10 (e) to 10 (h) show the value of the AC input voltage VAC of 230V. The operation waveform at the time is shown. Specifically, FIGS. 10A and 10E show the AC input voltage VAC, FIGS. 10B and 10F show the AC input current IAC, and FIGS. 10 (g) shows the voltage V1 at the winding end of the converter transformer PIT, and FIGS. 10 (d) and 10 (h) show the waveform of the current I1 flowing through the high-frequency inductor L10. In addition, the vertical line part of each waveform in FIG.10 (c), FIG.10 (d), FIG.10 (g), and FIG.10 (h) represents switching with the switching frequency fs.

図10(b)(f)に示すようにして、VAC=100V/230V時のそれぞれにおいて、力率改善回路10の力率改善動作の結果として得られる交流入力電流IACが示されているが、この交流入力電流IACは、例えば力率改善回路10を備えない場合よりも、その導通期間(導通角)が拡大されている。すなわち、交流入力電圧VACが入力されて、スイッチングコンバータが動作するのに応じて、力率改善回路10では、一次側直列共振回路からの電力回生が行われて力率改善動作を実行している。   As shown in FIGS. 10B and 10F, the AC input current IAC obtained as a result of the power factor correction operation of the power factor correction circuit 10 at each of VAC = 100 V / 230 V is shown. This AC input current IAC has a longer conduction period (conduction angle) than, for example, when the power factor correction circuit 10 is not provided. That is, in response to the input of the AC input voltage VAC and the operation of the switching converter, the power factor correction circuit 10 performs the power factor correction operation by performing power regeneration from the primary side series resonance circuit. .

また、図11(a)には、交流入力電圧VAC=100V時における二次側直流出力電圧Eoに含まれるリップル電圧ΔEoを示している。最大負荷電力Pomax=300Wの負荷条件の下での、リップル電圧ΔEoのピーク・ツー・ピーク電圧は100mV(ミリボルト)である。なお、二次側直流出力電圧Eoの値は175Vである。   FIG. 11A shows the ripple voltage ΔEo included in the secondary side DC output voltage Eo when the AC input voltage VAC = 100V. The peak-to-peak voltage of the ripple voltage ΔEo is 100 mV (millivolts) under the load condition of the maximum load power Pomax = 300 W. Note that the value of the secondary side DC output voltage Eo is 175V.

また、図11(b)には、交流入力電圧VAC=230V時における二次側直流出力電圧Eoのリップル電圧ΔEoを示している。最大負荷電力Pomax=300Wの負荷条件の下での、二次側直流出力電圧Eoのリップル電圧ΔEoのピーク・ツー・ピーク電圧は60mV(ミリボルト)である。二次側直流出力電圧Eoの値は、交流入力電圧VAC=100V時と同様に175Vである。   FIG. 11B shows the ripple voltage ΔEo of the secondary side DC output voltage Eo when the AC input voltage VAC = 230V. The peak-to-peak voltage of the ripple voltage ΔEo of the secondary side DC output voltage Eo under the load condition of the maximum load power Pomax = 300 W is 60 mV (millivolt). The value of the secondary side DC output voltage Eo is 175 V as in the case of the AC input voltage VAC = 100 V.

図12に、図1に示すスイッチング電源回路の特性を示す。図12において、縦軸は力率PF、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)及び整流平滑電圧Eiを示し、横軸は負荷電力Poを示す。ここで、実線は交流入力電圧VACの値が100V時における各々の値を示し、破線は交流入力電圧VACの値が230V時における各々の値を示すものである。   FIG. 12 shows the characteristics of the switching power supply circuit shown in FIG. In FIG. 12, the vertical axis represents power factor PF, AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC), and rectified smoothing voltage Ei, and the horizontal axis represents load power Po. Here, the solid line indicates each value when the value of the AC input voltage VAC is 100V, and the broken line indicates each value when the value of the AC input voltage VAC is 230V.

先ず、力率改善回路10の動作に応じて得られる力率PFについては、交流入力電圧VAC=100V時では、重負荷となるのに従って110W程度の電力値までは、その値は1に近くなり、その後260W程度の電力値までは低下し、それ以上で300Wまでは上昇する傾向となり、そして、最大負荷電力Pomax=300Wのときの力率PFの値は0.85となっている。   First, the power factor PF obtained in accordance with the operation of the power factor correction circuit 10 is close to 1 when the AC input voltage VAC = 100 V, up to a power value of about 110 W as the load becomes heavy. Thereafter, the power value decreases to about 260 W, and then increases to 300 W, and the power factor PF is 0.85 when the maximum load power Pomax = 300 W.

また、負荷電力Poの値が10Wから最大負荷電力Pomax=300Wまでは、力率PFの値は、0、75以上となって電源高調波歪規制値をクリアするものとなっている。ここで、負荷電力Poの変化に応じて、上述した力率PFの変曲点が生じるのは、二次側直列共振電流の変動によって一次側直列共振電流の位相が変化するためである。   Further, when the value of the load power Po is 10 W to the maximum load power Pomax = 300 W, the value of the power factor PF is 0, 75 or more, and the power supply harmonic distortion regulation value is cleared. Here, the inflection point of the power factor PF described above occurs according to the change of the load power Po because the phase of the primary side series resonance current changes due to the change of the secondary side series resonance current.

また、交流入力電圧VAC=230V時における力率PFについては、重負荷となるのに従って200W程度の電力値までは、その値は1に近くなり、その後300Wの電力値までは低下する傾向となっていが、最大負荷電力Pomax=300Wにおいて、力率PFの値として0.79が得られている。   In addition, the power factor PF at the AC input voltage VAC = 230 V tends to be close to 1 until it reaches a power value of about 200 W as the load becomes heavy, and then decreases to a power value of 300 W. However, 0.79 is obtained as the value of the power factor PF at the maximum load power Pomax = 300 W.

このような力率PFの値によれば、広範囲の負荷電力Poに対して電源高調波歪み規制をクリアすることができ、実用上充分な力率が得られているといえる。   According to such a value of the power factor PF, it can be said that the power harmonic distortion regulation can be cleared with respect to a wide range of load power Po, and a practically sufficient power factor can be obtained.

また、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)については、交流入力電圧VAC=100V時では、最大負荷電力Pomax=300Wにおいて、AC→DC電力変換効率93%が得られ、交流入力電圧VAC=230V時では、最大負荷電力Pomax=300Wにおいて、AC→DC電力変換効率91.5%が得られている。なお、このときの整流平滑電圧Eiのリップル電圧ΔEiの値は85Vであり、二次側直流出力電圧Eoのリップル電圧ΔEoの値は100mVであった。   As for AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC), when AC input voltage VAC = 100 V, AC → DC power conversion efficiency of 93% is obtained at maximum load power Pomax = 300 W, and AC input voltage VAC = At 230 V, the AC → DC power conversion efficiency of 91.5% is obtained at the maximum load power Pomax = 300 W. At this time, the value of the ripple voltage ΔEi of the rectified and smoothed voltage Ei was 85V, and the value of the ripple voltage ΔEo of the secondary side DC output voltage Eo was 100 mV.

また、交流入力電圧VAC=230V時では、負荷電力Poが重負荷の傾向となっていくのに従って高くなり、最大負荷電力(Pomax)=300Wの負荷条件では、ηAC→DC=91%となっている。なお、このときの整流平滑電圧Eiのリップル電圧ΔEiの値は50Vであり、二次側直流出力電圧Eoのリップル電圧ΔEoの値は60mVであった。   Further, when the AC input voltage VAC = 230 V, the load power Po becomes higher as the load becomes heavier, and under the load condition of maximum load power (Pomax) = 300 W, ηAC → DC = 91%. Yes. At this time, the value of the ripple voltage ΔEi of the rectified and smoothed voltage Ei was 50V, and the value of the ripple voltage ΔEo of the secondary side DC output voltage Eo was 60 mV.

すなわち、これまでに説明した実施の形態の電源回路と、同じ力率改善及びワイドレンジ対応化を図る先行技術である、図18に示した電源回路とを比較した場合には、次のようなことがいえる。   That is, when the power supply circuit of the embodiment described so far is compared with the power supply circuit shown in FIG. 18 which is the prior art for achieving the same power factor improvement and wide range compatibility, I can say that.

先ず、図12に示した実験結果からの特性図からもわかるように、図1に示した電源回路では、図18の電源回路の場合よりも、AC100V系時及びAC200V系時の電力変換効率が向上するものとなる。これは、入力される商用交流電源のレベルに応じて、等倍電圧整流動作と、倍電圧整流動作とで切り換えが行われる整流平滑手段及び電圧帰還方式による力率改善改善回路を備える構成としたことで、アクティブフィルタを不要としたことによる。すなわち、本実施の形態では、アクティブフィルタを備える場合のように前段と後段の2つの電力変換効率値により総合効率が低下することはない。   First, as can be seen from the characteristic diagram from the experimental results shown in FIG. 12, the power conversion efficiency in the AC100V system and AC200V system is higher in the power supply circuit shown in FIG. 1 than in the power supply circuit in FIG. It will be improved. This is configured to include a rectifying and smoothing means that is switched between equal voltage rectification operation and voltage double rectification operation according to the level of the input commercial AC power supply, and a power factor improvement circuit using a voltage feedback method. This is because the active filter is unnecessary. That is, in the present embodiment, the total efficiency is not lowered by the two power conversion efficiency values of the former stage and the latter stage as in the case where the active filter is provided.

また、図1に示した回路では、アクティブフィルタを不要としたことで、回路構成部品点数の削減が図られる。つまりアクティブフィルタは、1組のコンバータを構成するものであり、図19についての説明からも分かるように、実際には、1本のスイッチング素子と、これらを駆動するためのIC等を始め、多くの部品点数により構成される。   Further, in the circuit shown in FIG. 1, the active filter is not required, so that the number of circuit components can be reduced. In other words, the active filter constitutes a set of converters. As can be seen from the description of FIG. 19, in practice, there are many switching elements and ICs for driving them. It consists of the number of parts.

これに対し図1に示す電源回路においては、力率改善及びワイドレンジ対応のために必要な追加部品として、少なくともフィルタコンデンサCN、高速ダイオードD1、高速ダイオードD2、直列接続された2本の平滑コンデンサCi1及び平滑コンデンサCi2及びリレースイッチSを備えればよく、アクティブフィルタと比較すれば非常に少ない部品点数とすることができる。なお、リレースイッチSに替えて、ショートプラグを用いれば更に低価格化が図れる。   On the other hand, in the power supply circuit shown in FIG. 1, at least a filter capacitor CN, a high-speed diode D1, a high-speed diode D2, and two smoothing capacitors connected in series as additional components necessary for power factor improvement and wide range compatibility. It is only necessary to provide Ci1, smoothing capacitor Ci2, and relay switch S, and the number of parts can be made very small as compared with the active filter. If a short plug is used instead of the relay switch S, the price can be further reduced.

また、上述のリレースイッチSに加え、更に、整流回路切換モジュール5及び整流回路切換モジュール5に接続されたリレーRLを設ければ自動的に交流入力電圧VACの値に応じた自動切換えが可能となる。   Further, in addition to the relay switch S described above, if the relay RL connected to the rectifier circuit switching module 5 and the rectifier circuit switching module 5 is provided, automatic switching according to the value of the AC input voltage VAC can be automatically performed. Become.

これにより、図1に示す電源回路としては、力率改善機能を有するワイドレンジ対応の電源回路として、図19に示す回路よりもはるかに低コストとすることができる。また、部品点数が大幅に削減されることで、回路基板についても有効に小型軽量化を図ることができる。   As a result, the power supply circuit shown in FIG. 1 can be manufactured at a much lower cost than the circuit shown in FIG. 19 as a wide-range power supply circuit having a power factor correction function. Further, since the number of parts is greatly reduced, the circuit board can be effectively reduced in size and weight.

また、図1に示す電源回路では、共振形コンバータ及び力率改善回路10の動作はいわゆるソフトスイッチング動作であるから、図19に示したアクティブフィルタと比較すればスイッチングノイズのレベルは大幅に低減される。   In the power supply circuit shown in FIG. 1, since the operation of the resonant converter and the power factor correction circuit 10 is a so-called soft switching operation, the level of switching noise is greatly reduced as compared with the active filter shown in FIG. The

このため、図1にも示したように、各1組のコモンモードチョークコイルCMCとアクロスコンデンサCLから成る1段のノイズフィルタを備えれば、電源妨害規格をクリアすることが充分に可能とされる。また、整流出力ラインのノーマルモードノイズについては、図1にも示しているように、1つのフィルタコンデンサCNのみにより対策を行っている。このようにしてノイズフィルタとしての部品点数が削減されることによっても、電源回路のコストダウンと、回路基板の小型軽量化は促進される。   For this reason, as shown in FIG. 1, if a one-stage noise filter comprising a pair of common mode choke coils CMC and an across capacitor CL is provided, it is possible to sufficiently satisfy the power disturbance standard. The Further, as shown in FIG. 1, the normal mode noise of the rectified output line is taken by only one filter capacitor CN. By reducing the number of components as a noise filter in this way, the cost reduction of the power supply circuit and the reduction in size and weight of the circuit board are promoted.

また、図1に示す電源回路の場合、一次側のスイッチングコンバータを形成する各スイッチング素子Q1,Q2は、同期してスイッチング動作するものである。従って、一次側アース電位としては、図19の電源回路のように、アクティブフィルタ側と、その後段のスイッチングコンバータとの間で干渉することが無いものとできる。これにより、例えば図19の電源回路で問題となる異常発振の問題も解消されることになる。   In the case of the power supply circuit shown in FIG. 1, the switching elements Q1 and Q2 forming the primary side switching converter perform a switching operation synchronously. Accordingly, the primary-side ground potential can be prevented from interfering between the active filter side and the subsequent switching converter as in the power supply circuit of FIG. Thereby, for example, the problem of abnormal oscillation that becomes a problem in the power supply circuit of FIG. 19 is also solved.

このようにして図1に示す本実施の形態の電源回路は、アクティブフィルタを備える電源回路が有する各種の問題を解決したうえで、力率改善機能を有するワイドレンジ対応の電源回路を得ているものである。   As described above, the power supply circuit according to the present embodiment shown in FIG. 1 obtains a wide-range power supply circuit having a power factor improvement function after solving various problems of the power supply circuit including the active filter. Is.

続いては、図13に本発明に基づくスイッチング電源回路の第2の実施形態として、別の力率改善手段のバリエーションを、実施の形態として示しておくこととする。図13に示すスイッチング電源回路においては、力率改善手段の1例として、力率改善回路30を備える。なお、力率改善回路30のような力率改善手段を備える電源回路は、電圧帰還方式力率改善電源と総称される。   Subsequently, as a second embodiment of the switching power supply circuit according to the present invention, FIG. 13 shows a variation of another power factor improving means as an embodiment. The switching power supply circuit shown in FIG. 13 includes a power factor correction circuit 30 as an example of the power factor improvement means. A power supply circuit including a power factor improving unit such as the power factor improving circuit 30 is collectively referred to as a voltage feedback power factor improving power source.

図13において、図1または図2におけると同様部分については、同一の符号を付して説明を省略する。   In FIG. 13, the same parts as those in FIG. 1 or FIG.

また、図13に示したスイッチング電源回路における、交流入力電圧VACの動作波形、交流入力電流IACの動作波形、電圧V1の動作波形、電流I1の動作波形、二次側直流出力電圧Eoの動作波形の各々は、図10(a)ないし図10(h)及び図11(a)ないし図11(d)に示す波形と略同一である。交流入力電圧VAC、交流入力電流IAC、電圧V1、電流I1、二次側直流出力電圧Eoの各々が、どの部分における電圧または電流を示すかについては、図13において、各々符号で示している。   Further, in the switching power supply circuit shown in FIG. 13, the operation waveform of the AC input voltage VAC, the operation waveform of the AC input current IAC, the operation waveform of the voltage V1, the operation waveform of the current I1, and the operation waveform of the secondary side DC output voltage Eo. Are substantially the same as the waveforms shown in FIGS. 10 (a) to 10 (h) and FIGS. 11 (a) to 11 (d). In which part each of the AC input voltage VAC, the AC input current IAC, the voltage V1, the current I1, and the secondary side DC output voltage Eo indicates a voltage or a current is indicated by a symbol in FIG.

力率改善回路30は、フィルタコンデンサCN、高速ダイオードD1、高速ダイオードD2、力率改善用トランスVFT及びコンデンサC3により形成されている。   The power factor correction circuit 30 is formed by a filter capacitor CN, a high speed diode D1, a high speed diode D2, a power factor improvement transformer VFT, and a capacitor C3.

フィルタコンデンサCNの1側端は、高速ダイオードD1のカソード、スイッチング素子Q1のドレイン、平滑コンデンサCi1の+極性の端子、整流ダイオードDaのカソード及び整流ダイオードDbのカソードに接続される。また、フィルタコンデンサCNの他側端は、並列接続されたコンデンサC3と力率改善用トランスVFTの二次巻線N12との1側端に接続されている。   One end of the filter capacitor CN is connected to the cathode of the high speed diode D1, the drain of the switching element Q1, the positive polarity terminal of the smoothing capacitor Ci1, the cathode of the rectifier diode Da, and the cathode of the rectifier diode Db. The other end of the filter capacitor CN is connected to one end of the capacitor C3 connected in parallel and the secondary winding N12 of the power factor improving transformer VFT.

また、並列接続されたコンデンサC3と力率改善用トランスVFTの二次巻線N12との1側端は、高速ダイオードD1のアノード及び高速ダイオードD2のカソードが接続されている。そして、高速ダイオードD2のアノードは一次側アースに接続されている。   Further, the anode of the high speed diode D1 and the cathode of the high speed diode D2 are connected to one end of the parallel connected capacitor C3 and the secondary winding N12 of the power factor improving transformer VFT. The anode of the high speed diode D2 is connected to the primary side ground.

また、力率改善用トランスVFTの一次巻線N11は、コンバータトランスPITの二次巻線N2と二次側直列共振コンデンサC2の直列回路に更に直列に接続されており、二次側直列共振電流が力率改善用トランスVFTの一次巻線N11に流れるようになされている。   Further, the primary winding N11 of the power factor improving transformer VFT is further connected in series to the series circuit of the secondary winding N2 of the converter transformer PIT and the secondary side series resonance capacitor C2, and the secondary side series resonance current is obtained. Flows in the primary winding N11 of the power factor improving transformer VFT.

力率改善回路30は、上述のように接続されているので、二次側直列共振電流に応じた電流が力率改善用トランスVFTの二次巻線N12にも流される。ここで、高速ダイオードD1に流れる電流の経路と、高速ダイオードD2に流れる電流の経路とは異なったものとなる。そして、高速ダイオードD1に流れる電流のみが、平滑整流手段を通過するようにして交流入力電圧VACのレベルが平滑コンデンサCiの両端電圧よりも低いとされる期間にも整流電流を流すことになる。つまり、整流電流の導通角を拡大させる。   Since the power factor correction circuit 30 is connected as described above, a current corresponding to the secondary side series resonance current is also supplied to the secondary winding N12 of the power factor improvement transformer VFT. Here, the path of the current flowing through the high speed diode D1 and the path of the current flowing through the high speed diode D2 are different. Then, only the current flowing through the high-speed diode D1 passes through the smoothing rectifier, and the rectified current is also passed during a period in which the level of the AC input voltage VAC is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci. That is, the conduction angle of the rectified current is increased.

上述のようにして整流電流の導通角が拡大されるのに伴って、交流入力電流IACの導通角も拡大されることとなり、これによって交流入力電流IACの平均的な波形が交流入力電圧VACの波形に近づくこととなって、力率が改善される。   As the conduction angle of the rectified current is increased as described above, the conduction angle of the AC input current IAC is also increased, whereby the average waveform of the AC input current IAC is changed to the AC input voltage VAC. The power factor is improved by approaching the waveform.

なお、図13に示すスイッチング電源回路の要部は、以下のように構成されている。   The main part of the switching power supply circuit shown in FIG. 13 is configured as follows.

先ず、コンバータトランスPITについては、EER−40型のフェライトコアを選定し、ギャップGのギャップ長については、2mmとした。また、各巻線の巻数(ターン数:T)としては、一次巻線N1=40T、二次巻線N2=26Tとした。この構造により、コンバータトランスPIT自体の結合係数kの値として0.7を得ている。なお、二次巻線N2における1ターン(T)あたりの誘起電圧レベルについては、5V/T以上となる所定値を設定した。   First, an EER-40 type ferrite core was selected for the converter transformer PIT, and the gap length of the gap G was 2 mm. The number of turns of each winding (number of turns: T) was set to primary winding N1 = 40T and secondary winding N2 = 26T. With this structure, 0.7 is obtained as the value of the coupling coefficient k of the converter transformer PIT itself. The induced voltage level per turn (T) in the secondary winding N2 was set to a predetermined value of 5 V / T or more.

また、力率改善用トランスVFTのインダクタンスについては、EER−40型のフェライトコアを選定し、ギャップGのギャップ長については、1mmとした。このとき、一次側のインダクタンスの値としては33μH(マイクロヘンリー)、二次側のインダクタンスの値としては105μH(マイクロヘンリー)を得た。   For the inductance of the power factor improving transformer VFT, an EER-40 type ferrite core was selected, and the gap length of the gap G was set to 1 mm. At this time, 33 μH (microhenry) was obtained as the primary inductance value, and 105 μH (microhenry) was obtained as the secondary inductance value.

また、 一次側直列共振コンデンサC1の値としては、0.022μF(マイクロファラッド)、二次側直列共振コンデンサC2の値としては、0.018μF(マイクロファラッド)、二次側直列共振コンデンサC2の値としては、0.018μF(マイクロファラッド)、フィルタコンデンサCNの値としては、1μF(マイクロファラッド)、平滑コンデンサCi1及び平滑コンデンサCi2の値としては、1000μF(マイクロファラッド)を用いた。   The value of the primary side series resonance capacitor C1 is 0.022 μF (microfarad), the value of the secondary side series resonance capacitor C2 is 0.018 μF (microfarad), and the value of the secondary side series resonance capacitor C2 is 0.018 μF (microfarad), 1 μF (microfarad) was used as the value of the filter capacitor CN, and 1000 μF (microfarad) was used as the values of the smoothing capacitor Ci1 and smoothing capacitor Ci2.

このとき、一次側直列共振回路の共振周波数fo1と二次側直列共振回路の共振周波数fo2については、fo2≒fo1×1.65の関係が得られるように各共振回路の共振周波数を設定した。   At this time, with respect to the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit, the resonance frequency of each resonance circuit was set so as to obtain a relationship of fo2≈fo1 × 1.65.

また、負荷条件は、二次側直流出力電圧Eoについては、Eo=175Vとし、負荷電力Poの最大値である最大負荷電力(Pomax)の値は300Wとした。   Further, the load condition was set to Eo = 175 V for the secondary side DC output voltage Eo, and the value of the maximum load power (Pomax) that is the maximum value of the load power Po was 300 W.

図14に図13に示すスイッチング電源回路の特性を示す。図14において、縦軸は力率PF、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)及び整流平滑電圧Eiを示し、横軸は負荷電力Poを示す。ここで、実線は交流入力電圧VACの値が100V時における各々の値を示し、破線は交流入力電圧VACの値が230V時における各々の値を示すものである。   FIG. 14 shows the characteristics of the switching power supply circuit shown in FIG. In FIG. 14, the vertical axis represents power factor PF, AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC), and rectified smoothing voltage Ei, and the horizontal axis represents load power Po. Here, the solid line indicates each value when the value of the AC input voltage VAC is 100V, and the broken line indicates each value when the value of the AC input voltage VAC is 230V.

交流入力電圧VACが100Vのときは、負荷電力Poの値が50Wないし300Wの範囲では力率は0.75以上であり、交流入力電圧VACが230Vのときは、負荷電力Poの値が75Wないし300Wの範囲では力率は0.75以上であり、電源高調波歪規制値をクリアする。また、力率改善回路30においてコンデンサC3を付加したことによって、負荷電力Poの変動に対して、力率PFの大幅な向上が図られており、整流平滑電圧Eiがほとんど変化しない特性となっている。   When the AC input voltage VAC is 100 V, the power factor is 0.75 or more in the range of the load power Po from 50 W to 300 W, and when the AC input voltage VAC is 230 V, the value of the load power Po is from 75 W to In the range of 300 W, the power factor is 0.75 or more, and the power supply harmonic distortion regulation value is cleared. Further, by adding the capacitor C3 in the power factor correction circuit 30, the power factor PF is greatly improved with respect to fluctuations in the load power Po, and the rectified and smoothed voltage Ei hardly changes. Yes.

図13に示すスイッチング電源回路は、図18に示した背景技術のスイッチング電源回路と比較した場合には、次のようなことがいえる。   The switching power supply circuit shown in FIG. 13 can be described as follows when compared with the switching power supply circuit of the background art shown in FIG.

図14示す実験結果からもわかるように、図13に示したスイッチング電源回路では、図18のスイッチング電源回路の場合よりも、AC100V系時及びAC200V系時の電力変換効率が向上するものとなる。これは、入力される商用交流電源のレベルに応じて、等倍電圧整流動作と、倍電圧整流動作とで切り換えが行われる整流平滑手段及び電圧帰還方式による力率改善改善回路を備える構成としたことで、アクティブフィルタを不要としたことによる。   As can be seen from the experimental results shown in FIG. 14, in the switching power supply circuit shown in FIG. 13, the power conversion efficiency in the AC100V system and AC200V system is improved as compared with the switching power supply circuit in FIG. This is configured to include a rectifying and smoothing means that is switched between equal voltage rectification operation and voltage double rectification operation according to the level of the input commercial AC power supply, and a power factor improvement circuit using a voltage feedback method. This is because the active filter is unnecessary.

また、図13に示した回路では、アクティブフィルタを不要としたことで、回路構成部品点数の削減が図られる。更に、図1に示す電源回路の場合、一次側のスイッチングコンバータを形成する各スイッチング素子Q1,Q2は、同期してスイッチング動作するものである。従って、一次側アース電位としては、図19の電源回路のように、アクティブフィルタ側と、その後段のスイッチングコンバータとの間で干渉することが無いものとできる。これにより、例えば図19の電源回路で問題となる異常発振の問題も解消されることになる。   In the circuit shown in FIG. 13, the number of circuit components can be reduced by eliminating the need for an active filter. Further, in the case of the power supply circuit shown in FIG. 1, the switching elements Q1 and Q2 forming the primary side switching converter perform switching operations synchronously. Accordingly, the primary-side ground potential can be prevented from interfering between the active filter side and the subsequent switching converter as in the power supply circuit of FIG. Thereby, for example, the problem of abnormal oscillation that becomes a problem in the power supply circuit of FIG. 19 is also solved.

このようにして図13に示す本実施の形態の電源回路は、アクティブフィルタを備える電源回路が有する各種の問題を解決したうえで、力率改善機能を有するワイドレンジ対応の電源回路を得ているものである。   As described above, the power supply circuit according to the present embodiment shown in FIG. 13 obtains a wide-range power supply circuit having a power factor improvement function after solving various problems of the power supply circuit including the active filter. Is.

なお、本発明としては、これまでに説明した構成に限定されるべきものではない。例えばスイッチング素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)など、MOS−FET以外の素子が採用されて構わない。また、先に説明した各部品素子の定数なども、実際の条件等に応じて変更されて構わない。また、本発明としてのワイドレンジ対応及び力率改善の構成は、自励式による電流共振形コンバータにも適用することが可能である。   The present invention should not be limited to the configuration described so far. For example, an element other than a MOS-FET such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be employed as the switching element. Also, the constants of the component elements described above may be changed according to actual conditions. In addition, the wide range compatible and power factor improving configuration according to the present invention can be applied to a self-excited current resonance type converter.

実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the switching power supply circuit as embodiment. 実施の形態のスイッチング電源回路のコンバータ部分の動作を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining operation | movement of the converter part of the switching power supply circuit of embodiment. 実施の形態のコンバータトランスの構造例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the converter transformer of embodiment. 実施の形態のスイッチング電源回路を電磁結合形共振回路としてみた等価回路図である。It is the equivalent circuit diagram which looked at the switching power supply circuit of embodiment as an electromagnetic coupling type resonance circuit. 実施の形態のスイッチング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 switching power supply circuit of embodiment. 実施の形態のスイッチング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 switching power supply circuit of embodiment. 実施の形態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 embodiment by a switching period. 実施の形態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 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、及び駆動信号の周波数の各特性を示す図である。It is a figure which shows each characteristic of the AC-> DC power conversion efficiency with respect to load fluctuation | variation, and the frequency of a drive signal about the power supply circuit of embodiment. 実施の形態のスイッチング電源回路の力率改善動作に対応する要部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the principal part corresponding to the power factor improvement operation | movement of the switching power supply circuit of embodiment. 実施の形態の二次側直流出力電圧のリップル電圧の波形図である。It is a wave form diagram of the ripple voltage of the secondary side DC output voltage of an embodiment. 実施の形態の電源回路についての、負荷変動に対する力率、AC→DC電力変換効率、及び整流平滑電圧の各特性を示す図である。It is a figure which shows each characteristic of the power factor with respect to load fluctuation | variation, AC-> DC power conversion efficiency, and a rectification smoothing voltage about the power supply circuit of embodiment. 実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the switching power supply circuit as embodiment. 実施の形態の電源回路についての、負荷変動に対する力率、AC→DC電力変換効率、及び整流平滑電圧の各特性を示す図である。It is a figure which shows each characteristic of the power factor with respect to load fluctuation | variation, AC-> DC power conversion efficiency, and a rectification smoothing voltage about the power supply circuit of embodiment. アクティブフィルタの基本的回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic circuit structure of an active filter. 図15に示すアクティブフィルタにおける動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement in the active filter shown in FIG. アクティブフィルタのコントロール回路系の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the control circuit system of an active filter. 背景技術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 background art. 一次側と二次側との結合係数を従来の設定とした場合での定電圧制御特性について示した図である。It is the figure which showed the constant voltage control characteristic in the case of setting the coupling coefficient of a primary side and a secondary side as the conventional setting. 二次側の整流回路を両波整流回路とした場合の定電圧制御特性について示した図である。It is the figure which showed the constant voltage control characteristic at the time of making a secondary side rectifier circuit into a double wave rectifier circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、10,30 力率改善回路、Di ブリッジ整流回路、Da,Db,Dc,Dd 整流ダイオード、Ci1,Ci2 平滑コンデンサ Q1,Q2 スイッチング素子、PIT コンバータトランス、C1 一次側直列共振コンデンサ、Cp 一次側部分共振コンデンサ、C2 二次側直列共振コンデンサ、N1(コンバータトランス)一次巻線、N2(コンバータトランス)二次巻線、Do1〜Do4 (二次側)整流ダイオード、Co(二次側)平滑コンデンサ、CN フィルタコンデンサ、D1、D2 高速ダイオード、L10 高周波インダクタ VFT 力率改善用トランス、N11 (力率改善用トランス)一次巻線、N12(力率改善用トランス)二次巻線   1 control circuit, 2 oscillation / drive circuit, 10, 30 power factor correction circuit, Di bridge rectifier circuit, Da, Db, Dc, Dd rectifier diode, Ci1, Ci2 smoothing capacitor Q1, Q2 switching element, PIT converter transformer, C1 primary Side series resonant capacitor, Cp primary side partial resonant capacitor, C2 secondary side series resonant capacitor, N1 (converter transformer) primary winding, N2 (converter transformer) secondary winding, Do1 to Do4 (secondary side) rectifier diode, Co (secondary side) smoothing capacitor, CN filter capacitor, D1, D2 high speed diode, L10 high frequency inductor VFT power factor improving transformer, N11 (power factor improving transformer) primary winding, N12 (power factor improving transformer) 2 Next winding

Claims (4)

商用交流電源を入力して整流平滑電圧を生成するものとされ、入力される商用交流電源のレベルに応じて、商用交流電源レベルの等倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する等倍電圧整流動作と、商用交流電源レベルの所定倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する倍電圧整流動作とで切り換えが行われる整流平滑手段と、
上記整流平滑手段から供給される整流電圧のスイッチングを行うスイッチング素子を有して形成される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駆動信号を発生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たスイッチング出力が供給される一次巻線と、この一次巻線により交番電圧が誘起される二次巻線とが巻装されて形成されたコンバータトランスと、
少なくとも、上記コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直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一次側直列共振回路と、
少なくとも、上記コンバータトランスの二次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記二次巻線に直列接続された二次側直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直列共振回路と、
上記二次側直列共振回路に得られる共振出力を入力して整流動作を行って二次側直流出力電圧を生成する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、上記駆動信号の周波数を変化させて上記二次側直流出力電圧を所定の電圧値とする電圧制御手段と、
上記一次側直列共振回路または上記二次側直列共振回路に流れる電流に応じた電流を上記整流平滑手段に供給して力率を改善する力率改善回路と、を備え、
上記一次側直列共振回路と上記二次側直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、上記駆動信号の周波数に対する上記二次側直流出力電圧の出力特性が単峰特性となるようにしたことを特徴とするスイッチング電源回路。
A commercial AC power supply is input to generate a rectified and smoothed voltage. According to the level of the commercial AC power that is input, the same magnification that generates the rectified and smoothed voltage having a level corresponding to the same level as the commercial AC power supply level. Rectifying and smoothing means that is switched between a voltage rectifying operation and a voltage doubler rectifying operation that generates the rectified and smoothed voltage at a level corresponding to a predetermined multiple of the commercial AC power supply level;
Switching means formed with a switching element for switching the rectified voltage supplied from the rectifying and smoothing means;
Switching drive means for generating a drive signal for switching the switching element;
A converter transformer 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 primary winding; ,
A primary side series resonance circuit formed by at least a leakage inductance component of the primary winding of the converter transformer and a capacitance of a primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding;
A secondary side series resonant circuit formed by at least a leakage inductance component of the secondary winding of the converter transformer and a capacitance of a secondary side series resonant capacitor connected in series to the secondary winding;
A secondary side DC output voltage generating means for inputting a resonance output obtained by the secondary side series resonance circuit and performing a rectifying operation to generate a secondary side DC output voltage;
Voltage control means for changing the frequency of the drive signal according to the level of the secondary side DC output voltage and setting the secondary side DC output voltage to a predetermined voltage value;
A power factor improving circuit for improving a power factor by supplying a current corresponding to a current flowing through the primary side series resonant circuit or the secondary side series resonant circuit to the rectifying and smoothing means,
With respect to the electromagnetic coupling type resonance circuit formed by including the primary side series resonance circuit and the secondary side series resonance circuit, the output characteristic of the secondary side DC output voltage with respect to the frequency of the drive signal is unimodal. A switching power supply circuit characterized by comprising:
上記力率改善手段は、
上記一次側直列共振回路に流れる電流の少なくとも一部が通過するインダクタ及びダイオード素子を具備し、上記一次側直列共振回路に流れる上記ダイオード素子の極性に応じた方向の電流を上記整流平滑手段に供給するように形成した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 power factor improving means is
Provided with an inductor and a diode element through which at least a part of the current flowing through the primary side series resonant circuit passes, and supplies a current in a direction corresponding to the polarity of the diode element flowing through the primary side series resonant circuit to the rectifying and smoothing means The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching power supply circuit is formed as described above.
上記力率改善手段は、
少なくとも、電磁結合された一次巻線と二次巻線とを有する電圧帰還トランスと、上記電圧帰還トランスの上記二次巻線を含む異なる2つの電流路を形成する第1のダイオード素子及び第2のダイオード素子と、を具備し、
上記電圧帰還トランスの上記一次巻線に上記二次側直列共振回路に流れる電流を供給し、上記電圧帰還トランスの上記二次巻線に流れる電流のうち上記第1のダイオード素子に流れる電流を上記整流平滑手段に供給するように形成した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 power factor improving means is
A voltage feedback transformer having at least an electromagnetically coupled primary winding and a secondary winding, and a first diode element and a second diode forming two different current paths including the secondary winding of the voltage feedback transformer A diode element,
A current flowing through the secondary side series resonance circuit is supplied to the primary winding of the voltage feedback transformer, and a current flowing through the first diode element among the current flowing through the secondary winding of the voltage feedback transformer is 2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching power supply circuit is formed so as to be supplied to a rectifying and smoothing means.
上記整流平滑手段は、
直列接続される第1の平滑コンデンサ及び第2の平滑コンデンサと、第1の整流ダイオード素子ないし第4の整流ダイオード素子とを有し、
上記第1の整流ダイオード及び上記第2の整流ダイオード素子の1の極性端を上記直列接続された上記第1の平滑コンデンサ側の側端に接続し、
上記第3の整流ダイオード及び上記第4の整流ダイオード素子の他の極性端を上記直列接続された上記第2の平滑コンデンサ側の側端に接続し、
上記第1の整流ダイオード素子の他の極性端と上記第3の整流ダイオード素子の1の極性端との接続点と、上記第3の整流ダイオード素子の他の極性端と上記第4の整流ダイオード素子の1の極性端との接続点と、の間に上記商用交流電源からの電力を入力し、
上記倍電圧整流動作においては、上記第3の整流ダイオード素子の他の極性端と上記第4の整流ダイオード素子の1の極性端との接続点と、上記第1の平滑コンデンサと上記第2の平滑コンデンサの接続点と、を接続するように形成された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 rectifying and smoothing means is
A first smoothing capacitor and a second smoothing capacitor connected in series; a first rectifier diode element to a fourth rectifier diode element;
Connecting one polar end of the first rectifier diode and the second rectifier diode element to a side end on the first smoothing capacitor side connected in series;
The other polar ends of the third rectifier diode and the fourth rectifier diode element are connected to the side ends on the second smoothing capacitor side connected in series,
A connection point between the other polar end of the first rectifier diode element and the one polar end of the third rectifier diode element, the other polar end of the third rectifier diode element, and the fourth rectifier diode The power from the commercial AC power source is input between the connection point with the one polar end of the element,
In the voltage doubler rectification operation, a connection point between the other polar end of the third rectifier diode element and one polar end of the fourth rectifier diode element, the first smoothing capacitor, and the second The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching power supply circuit is formed to connect a connection point of a smoothing capacitor.
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