JP4218089B2 - Switching power supply circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器に電源として備えられるスイッチング電源回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
いわゆるソフトスイッチング電源回路として、電圧共振形のスイッチングコンバータを備えたスイッチング電源回路が知られている。電圧共振形のスイッチングコンバータは、スイッチング出力パルス電圧と絶縁コンバータトランスに流入するスイッチング出力電流について滑らかな波形が得られるため低ノイズであり、かつ、比較的少数の部品点数により構成することができるというメリットを有している。
【0003】
図12の回路図は、先に本出願人が提案した発明に基づいて構成することのできる電圧共振形スイッチング電源回路の一例を示している。
この図に示すスイッチング電源回路は、例えば日本或いは米国などの商用交流電源がいわゆるAC100V系とされ、最大負荷電力が150W以上の条件に対応するものとされる。
【0004】
この図に示すスイッチング電源回路においては、商用交流電源ACを整流平滑化するための整流平滑回路として、整流ダイオードDi1,Di2、及び平滑コンデンサCi1,Ci2から成る、いわゆる倍電圧整流回路が備えられる。この倍電圧整流回路においては、例えば交流入力電圧VACのピーク値の1倍に対応する直流入力電圧をEiとすると、その約2倍の直流入力電圧2Eiを生成する。例えば交流入力電圧VAC=144Vであるとすると、直流入力電圧2Eiは約400Vとなる。
このように、整流平滑回路として倍電圧整流回路を採用するのは、上述したように、交流入力電圧がAC100V系とされ、かつ、最大負荷電力が150W以上という比較的重負荷の条件に対応するためである。つまり、直流入力電圧を通常の2倍とすることで、後段のスイッチングコンバータへの流入電流量を抑制し、当該スイッチング電源回路を形成する構成部品の信頼性が確保されるようにするものである。
なお、この図に示す倍電圧整流回路に対しては、その整流電流経路に対して突入電流制限抵抗Riが挿入されており、例えば電源投入時に平滑コンデンサに流入する突入電流を抑制するようにしている。
【0005】
この図における電圧共振形のスイッチングコンバータは、1石のスイッチング素子Q1 を備えた自励式の構成を採っている。この場合、スイッチング素子Q1には、高耐圧のバイポーラトランジスタ(BJT;接合型トランジスタ)が採用されている。
スイッチング素子Q1 のベースは、起動抵抗RS を介して平滑コンデンサCi1(整流平滑電圧2Ei)の正極側に接続されて、起動時のベース電流が整流平滑ラインから得られるようにしている。また、スイッチング素子Q1 のベースと一時側アース間にはインダクタLB,検出駆動巻線NB,共振コンデンサCB ,ダンピング抵抗RB とからなる自励発振用の共振回路が直列接続される。この場合、検出駆動巻線NB は、絶縁コンバータトランスPIT(Power Isolation Transformer)に巻装されており、インダクタLBと共に、スイッチング周波数を設定する所要のインダクタンスが得られるようにされている。
また、スイッチング素子Q1 のベースと平滑コンデンサCiの負極(1次側アース)間に挿入されるクランプダイオードDD により、スイッチング素子Q1 のオフ時に流れるダンパー電流の経路を形成するようにされており、また、スイッチング素子Q1 のコレクタは絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 の一端と接続され、エミッタは接地される。
【0006】
また、上記スイッチング素子Q1 のコレクタ−エミッタ間に対しては、並列共振コンデンサCrが並列に接続されている。この並列共振コンデンサCrは、自身のキャパシタンスと、後述する絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 、及び直交型制御トランスPRT(Power Regulating Transformer) の被制御巻線NR の直列接続により得られる合成インダクタンス(L1,LR)とにより電圧共振形コンバータの並列共振回路を形成する。そして、ここでは詳しい説明を省略するが、スイッチング素子Q1 のオフ時には、この並列共振回路の作用によって共振コンデンサCrの両端電圧Vcrは、実際には正弦波状のパルス波形となって電圧共振形の動作が得られるようになっている。
【0007】
絶縁コンバ−タトランスPITは、スイッチング素子Q1 のスイッチング出力を二次側に伝送するためのもので、この場合、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 の一端は、スイッチング素子Q1 のコレクタと接続され、他端側は図のように直交型制御トランスPRTの被制御巻線NR と直列に接続されている。
【0008】
絶縁コンバータトランスPITの二次側では、一次巻線N1 により誘起された交番電圧が二次巻線N2に発生する。この場合、二次巻線N2に対しては、二次側並列共振コンデンサC2 が並列に接続されることで並列共振回路が形成される。この並列共振回路により、二次巻線N2に励起される交番電圧は共振電圧とされ、この共振電圧が整流ダイオードDO1及び平滑コンデンサCO2からなる半波整流回路と、整流ダイオードDO2及び平滑コンデンサCO2からなる半波整流回路との2組の半波整流回路に供給される。そして、これら2組の半波整流回路により、それぞれ直流出力電圧EO1,EO2が得られる。
なお、この半波整流回路を形成する整流ダイオードDO1,DO2は、スイッチング周期の交番電圧を整流するために高速型を使用している。
【0009】
制御回路1は、例えば二次側の直流電圧出力と基準電圧を比較してその誤差に応じた直流電流を、制御電流として直交型制御トランスPRTの制御巻線NC に供給する誤差増幅器である。この場合には、制御回路1に対して、検出用電圧として直流電圧出力EO1が入力され、動作電源として直流出力電圧EO2が入力されている。
【0010】
例えば、交流入力電圧VAC或いは負荷電力の変動に伴って二次側の直流出力電圧EO2が変動した時は、制御回路1によって制御巻線NC に流れる制御電流を例えば10mA〜40mAの範囲で変化させる。これにより、被制御巻線NR のインダクタンスLR が例えば0.1mH〜0.6mHの範囲で変化するようにされる。
【0011】
上記被制御巻線NR は、前述のように電圧共振形のスイッチング動作を得るための並列共振回路を形成していることから、固定とされているスイッチング周波数に対して、この並列共振回路の共振条件が変化するようにされる。スイッチング素子Q1と並列共振コンデンサCrの並列接続回路の両端には、スイッチング素子Q1のオフ期間に対応して上記並列共振回路の作用によって正弦波状の共振パルスが発生するが、並列共振回路の共振条件が変化することによって共振パルスの幅が可変制御される。つまり、共振パルスに対するPWM(Pulse Width Moduration)制御動作が得られる。共振パルスの幅のPWM制御とは即ちスイッチング素子Q1のオフ期間の制御であるが、これは換言すれば、固定のスイッチング周波数の条件下でスイッチング素子Q1のオン期間を可変制御することを意味する。このようにしてスイッチング素子Q1のオン期間が可変制御されることで、並列共振回路を形成する一次巻線N1から二次側に伝送されるスイッチング出力が変化し、二次側の直流出力電圧(EO1,EO2)の出力レベルも変化するようにされる。これによって二次側直流電圧(EO1,EO2)の定電圧化が図られることになる。なお、このような定電圧制御方式を、以降はインダクタンス制御方式ということにする。
【0012】
また、図13の回路図に、先に本出願人が提案した発明に基づいて構成することのできる電圧共振形スイッチング電源回路の他の例を示す。なお、図13において、図12と同一部分には同一符号を付し、同一構成とされる部位についての説明は省略する。
この図に示す電源回路においては、直交型制御トランスPRTの被制御巻線が二次側に設けられている例が示されている。
この場合、直交型制御トランスPRTの被制御巻線としては、被制御巻線NR,NR1の2つが巻装されて備えられる、そして、被制御巻線NRは二次巻線N2の端部と整流ダイオードDO1のアノード間に対して直列に挿入されるようにして接続される。また、被制御巻線NR1は、二次巻線N2のタップ出力と整流ダイオードDO2のアノードとの間に対して直列に挿入される。このような接続形態では、二次側の並列共振回路は、被制御巻線NR,NR1のインダクタンス成分を含んで形成されることになる。
【0013】
このように、直交型制御トランスPRTの被制御巻線(NR,NR1)が二次側に設けられた構成の場合には、インダクタンス制御方式として、被制御巻線NRのインダクタンスが可変されることで、二次側並列共振コンデンサC2の共振電圧V2のパルス幅、つまり、二次側整流ダイオードの導通角を可変制御するように動作する。これによって、二次側に得られる出力レベルを制御することで定電圧制御が図られる。
【0014】
ここで、図12及び図13に示した電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスPITの構造を図14により断面的に示す。
絶縁コンバータトランスPITは、例えば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型コアが形成される。この際、中央磁脚には図のようにギャップは形成されない。そして、この中央磁脚に対して、ボビンBを利用して一次巻線N1 、二次巻線N2 をそれぞれ分割した状態で巻装して構成される。これにより、一次巻線N1 と二次巻線N2 とでは疎結合(例えば結合係数k≒0.9)の状態が得られることになる。
【0015】
また、絶縁コンバータトランスPITにおいては、一次巻線N1 、二次巻線N2 の極性(巻方向)と整流ダイオードDO (DO1,DO2)の接続との関係によって、一次巻線N1 のインダクタンスL1と二次巻線N2 のインダクタンスL2 との相互インダクタンスMについて、+M(加極性モード)となる場合と−M(減極性モード)となる場合とがある。
例えば、図15(a)に示す接続形態を採る場合の動作では相互インダクタンスは+Mとなり、図15(b)に示す接続形態を採る場合の動作では相互インダクタンスは−Mとなる。
【0016】
また、図16に、図12に示した電源回路のスイッチング周期による動作波形を示す。この図において、期間TON,TOFFは、それぞれスイッチング素子Q1 がオン、オフとなる期間を示し、期間DON,DOFFは、それぞれ二次側の整流ダイオードDO1がオン、オフとなる期間を示している。
スイッチング素子Q1/並列共振コンデンサCrの両端に発生する共振電圧Vcrとしては、図16(a)に示すようにして、スイッチング素子Q1 がオフとなる期間TOFFにおいて正弦波状のパルスとなる波形が得られており、スイッチングコンバータの動作を電圧共振形としている。この共振電圧Vcrのパルスのレベルとしては、図のようにピークで1800V程度となる。これは、倍電圧整流によって得られた2Eiの直流入力電圧に対して、電圧共振形コンバータの一次側の並列共振回路のインピーダンスが作用することに起因する。
また、二次側の動作として、二次側の整流ダイオードDO1では、図16(c)に示す波形により、スイッチング素子の期間TONにほぼ対応する期間DONにおいて整流電流が流れる動作が得られる。つまりは、図15にて説明した+M(加極性モード)による動作となる。これに関しては、整流ダイオードDO2側においてもほぼ同様の動作タイミングが得られる。
そして、この整流動作に伴い、二次側並列共振コンデンサC2の両端に得られる共振電圧V2としては、図16(b)に示すようにして、整流ダイオードDO1がオフとなる期間DOFFには直流出力電圧EO(EO1,EO2)の2倍から3.5倍程度のピークレベルの正弦波状の電圧が印加され、整流ダイオードDO1がオンとなる期間DONには直流出力電圧EO(EO1,EO2)と同等の電圧レベルが印加される。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記図12〜図16を参照して説明した構成による電圧共振形コンバータでは、交流入力電圧VACがAC100V系で最大負荷電力が150W以上の条件に対応するため、倍電圧整流方式により2Eiのレベルの直流入力電圧を得るようにしている。このため、図16(a)に示したように、スイッチング素子Q1と並列共振コンデンサCrの両端には、スイッチングQ1のオフ時において1800Vの共振電圧Vcrが発生する。
このため、スイッチング素子Q1と並列共振コンデンサCrについては、1800Vの高耐圧品を選定することが要求される。従って、スイッチング素子Q1と並列共振コンデンサCrは相応に大型化してしまう。また、特にスイッチング素子Q1について高耐圧品を選定した場合においては、飽和電圧VCE(SAT)、蓄積時間tSTG、下降時間tfが大きく、電流増幅率hFEが小さくなるため、スイッチング周波数を高く設定することが困難となる。スイッチング周波数が低ければスイッチング損失とドライブ電力が増加するため、それだけ電源回路としての電力損失が大きくなる。
【0018】
また、倍電圧整流方式により2Eiのレベルの直流入力電圧を得る構成とされていることで、この直流入力電圧レベルに対応して一次巻線N1の巻数は相応に多くなる。図12及び図13に示す回路構成では、直交型制御トランスPRTを設けることでインダクタンス制御方式により定電圧制御を行うことは前に述べたとおりであるが、一次巻線N1の巻数が多いことで、定電圧制御としての制御範囲を満足するためには、被制御巻線NRの巻数も増加させて被制御巻線NRのインダクタンス可変範囲の拡大を図る必要がある。このため、直交型制御トランスPRTも大型化し高価なものとなる。
【0019】
また、図12及び図13に示す構成では、半波整流回路によって直流出力電圧(EO1,EO2)を得ているが、半波整流回路の整流ダイオード(DO1,DO2)の非導通時においては、図16(b)に示したように、直流出力電圧EO(EO1,EO2)の2倍から3.5倍程度の共振電圧V2が印加される。このため、半波整流回路に用いる整流ダイオード(DO1,DO2)としても、例えば直流出力電圧が135V程度であるとして500V程度の高耐圧品が必要となり、それだけ順方向電圧降下VFと逆回復時間trrが大きくなって電力損失を増加させる要因となる。例えばスイッチング周波数を高くすれば、各種部品素子の小型化が可能になるのであるが、上記したような事情により、スイッチング周波数fsを高く設定することが困難で、例えばfs=50KHz以上では急激に電力変換効率が低下してしまうことが分かっている。
更には、上述したように高レベルの直流入力電圧を得て信頼性を確保するために倍電圧整流回路が必要となることで、比較的大型の平滑コンデンサが2本必要となって基板面積も大きくなる。
【0020】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は上記した課題を考慮して、例えばAC100V系で最大負荷電力が150Wの条件に対応する電圧共振形スイッチング電源回路として、電力変換効率の向上、基板面積の小型・軽量化、及び低コスト化等を図ることを目的とする。
【0021】
このため、商用交流電源を入力して、この商用交流電源レベルの等倍に対応するレベルの整流平滑電圧を生成して直流入力電圧として出力する整流平滑手段と、疎結合とされる所要の結合係数が得られるようにギャップが形成され、一次側出力を二次側に伝送するために設けられる絶縁コンバータトランスと、スイッチング素子を備えて、直流入力電圧を断続して上記絶縁コンバータトランスの一次巻線に出力するようにされたスイッチング手段と、少なくとも、絶縁コンバータトランスの一次巻線を含む漏洩インダクタンス成分と共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成されてスイッチング手段の動作を電圧共振形とする一次側共振回路と、絶縁コンバータトランスの二次巻線に対して二次側直列共振コンデンサを直列に接続することで、絶縁コンバータトランスの二次巻線の漏洩インダクタンス成分と、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直列共振回路を形成する二次側直列共振回路と、整流電流経路に対して二次側直列共振コンデンサを挿入して形成され、絶縁コンバータトランスの二次巻線に得られる交番電圧を入力して倍電圧全波整流動作を行って、入力電圧レベルのほぼ2倍に対応する二次側直流出力電圧を得るように構成された直流出力電圧生成手段と、絶縁コンバータトランスの一次巻線又は二次巻線に対して接続される被制御巻線と、この被制御巻線とその巻回方向が直交するようにされた制御巻線とが巻装される直交型制御トランスを備え、二次側直流出力電圧のレベルに応じて可変の制御電流を上記制御巻線に流して被制御巻線のインダクタンスを変化させることで定電圧制御を行うように構成された定電圧制御手段とを備えてスイッチング電源回路を構成することとした。
【0022】
上記構成によれば、絶縁コンバータトランスを疎結合とし、二次側においては二次側直列共振回路と倍電圧全波整流回路によって二次側直流出力電圧を生成して負荷に電力を供給するようにされる。つまり、所要の負荷条件に対しては、基本的に二次側に倍電圧全波整流回路を備えることで対応するようにされ、これに伴い、一次側は倍電圧整流回路ではなく、交流入力電圧レベルの1倍に対応する整流平滑電圧を生成する全波整流回路を備えて構成されることになる。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第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している。この図に示す電源回路においては先に説明した図12、図13の場合と同様に、一次側に対しては、1石のスイッチング素子(バイポーラトランジスタ)による自励式の電圧共振形スイッチングコンバータが備えられる。なお、この図において、図12及び図13と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【0024】
この図に示す本実施の形態としての電源回路においては、交流入力電圧VACを入力して交流入力電圧を得るための整流平滑回路として、ブリッジ整流回路Di及び平滑コンデンサCiからなる全波整流回路が備えられ、交流入力電圧VACの1倍のレベルに対応する整流平滑電圧Eiを生成するようにされる。つまり、本実施の形態においては、従来のように倍電圧整流回路は備えられないものである。
なお、本明細書においては交流入力電圧VACのレベルの1倍に対応する整流平滑電圧Eiを生成する全波整流回路を「等倍電圧整流回路」ともいうことにする。
【0025】
また、この図に示す電圧共振形コンバータの自励発振駆動回路では、ベース電流制限用の抵抗RBの挿入位置として、スイッチング素子Q1のベースとインダクタLB間に挿入されている点が、図12,図13に示す回路と異なるが、このような接続形態であっても、図12,図13にて説明したのと同様にスイッチング素子Q1のための自励発振駆動回路を形成する。
【0026】
本実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスPITは、図2に示すように、例えば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型コアが備えられ、このEE型コアの中央磁脚に対して、一次側と二次側とで巻装部が分割された分割ボビンBを利用して一次巻線N1と、二次巻線N2dをそれぞれ分割した状態で巻装している。そして、本実施の形態では、中央磁脚に対しては図のようにギャップGを形成するようにしている。このギャップGは、E型コアCR1、CR2の中央磁脚を、2本の外磁脚よりも短く形成することで形成することが出来る。
これによって、例えば従来例として図13に示した絶縁コンバータトランスPITよりも小さな結合係数による疎結合となるようにして、その分、飽和状態が得られにくいようにしている。この場合の結合係数kとしては、例えばk≒0.85とされる。
【0027】
本実施の形態の電源回路の二次側においては、後述するようにして従来とは巻数の異なる二次巻線N2dが設けられる。この二次巻線N2dの一端は二次側アースに接続され、他端は直列共振コンデンサCs1の直列接続を介して整流ダイオードDO1のアノードと整流ダイオードDO2のカソードの接続点に対して接続される。整流ダイオードDO1のカソードは平滑コンデンサCO1の正極と接続され、整流ダイオードDO2のアノードは二次側アースに対して接続される。平滑コンデンサCO1の負極側は二次側アースに対して接続される。
また、二次巻線N2dにはタップが設けられ、このタップ端子は直列共振コンデンサCs2の直列接続を介して整流ダイオードDO3のアノードと整流ダイオードDO4のカソードの接続点に対して接続される。整流ダイオードDO3のカソードは平滑コンデンサCO2の正極と接続され、整流ダイオードDO4のアノードは二次側アースに対して接続される。平滑コンデンサCO2の負極側は二次側アースに対して接続される。
このような接続形態では結果的に、[直列共振コンデンサCs1,整流ダイオードDO1,DO2、平滑コンデンサCO1]の組と、[直列共振コンデンサCs2,整流ダイオードDO3,DO4、平滑コンデンサCO2]の組とから成る2組の倍電圧全波整流回路が設けられることになる。ここで、直列共振コンデンサCs1は、自身のキャパシタンスと二次巻線N2dの漏洩インダクタンス成分とによって、整流ダイオードDO1,DO2のオン/オフ動作に対応する直列共振回路を形成し、直列共振コンデンサCs2は、自身のキャパシタンスと二次巻線N2dの漏洩インダクタンス成分とによって、整流ダイオードDO3,DO4のオン/オフ動作に対応する直列共振回路を形成する。
即ち、本実施の形態の電源回路は、一次側にはスイッチング動作を電圧共振形とするための並列共振回路が備えられ、二次側には、倍電圧全波整流動作を得るための直列共振回路が備えられる。なお、本明細書では、このように一次側及び二次側に対して共振回路が備えられて動作する構成のスイッチングコンバータについては、「複合共振形スイッチングコンバータ」ともいうことにする。
【0028】
ここで、上記[直列共振コンデンサCs1,整流ダイオードDO1,DO2、平滑コンデンサCO1]の組による倍電圧全波整流動作としては次のようになる。
図3は、図1に示す構成の電源回路の要部の動作を示す波形図である。一次側のスイッチング動作により一次巻線N1にスイッチング出力が得られると、このスイッチング出力は二次巻線N2dに励起される。この動作は、図3(g)の一次巻線N1に得られるスイッチング出力電流I1、及び図3(b)の二次巻線N2dから整流ダイオードDO1,DO2の整流電流経路に流れる整流電流IC2として示される。
そして、整流ダイオードDO1がオフとなり、整流ダイオードDO2がオンとなる期間T1においては、一次巻線N1と二次巻線N2dとの極性が−Mとなる減極性モードで動作して、二次巻線N2dの漏洩インダクタンスと直列共振コンデンサCs1による直列共振作用によって、整流ダイオードDO2により整流した整流電流IC2を直列共振コンデンサCs1に対して充電する動作が得られる。図3(e)(f)は、それぞれ整流ダイオードDO2の整流電流ID3及び整流ダイオードDO2の両端電圧VD3を示す。
そして、整流ダイオードDO2がオフとなり、整流ダイオードDO1がオンとなって整流動作を行う期間T2においては、一次巻線N1と二次巻線N2dとの極性が+Mとなる加極性モードとなり、二次巻線N2dに誘起された電圧に直列共振コンデンサCs1の電位が加わるという直列共振が生じる状態で平滑コンデンサCO1に対して充電が行われる動作となる。図3(c)(d)は、それぞれ整流ダイオードDO1の整流電流ID2及び整流ダイオードDO1の両端電圧VD2を示す。
上記のようにして、加極性モード(+M;フォワード動作)と減極性モード(−M;フライバック動作)との両者のモードを利用して整流動作が行われることで、平滑コンデンサCO1においては、二次巻線N2dの誘起電圧のほぼ2倍に対応する直流出力電圧EO1が得られる。また、[直列共振コンデンサCs2,整流ダイオードDO3,DO4、平滑コンデンサCO2]の組とから成る倍電圧全波整流回路によっても同様の動作によって、二次巻線N2dの誘起電圧のほぼ2倍に対応する直流出力電圧EO2が得られることになる。
【0029】
上記した倍電圧全波整流動作を得るための構成は、先に図2にて説明したように、絶縁コンバータトランスPITに対してギャップGを形成して所要の結合係数による疎結合としたことによって、更に飽和状態となりにくい状態を得たことで実現されるものである。例えば、従来のように絶縁コンバータトランスPITに対してギャップGが設けられない場合には、フライバック動作時において絶縁コンバータトランスPITが飽和状態となって動作が異常となる可能性が高く、本実施の形態のような倍電圧整流動作が適正に行われるのを望むのは難しい。
【0030】
また、本実施の形態としての定電圧制御は、図12の場合と同様の構成を採っている、つまり被制御巻線NRを一次巻線N1に対して直列に接続していることで、一次側の並列共振電圧Vcrの共振パルス(スイッチング素子Q1のオフ期間)を制御することによって行われる。
【0031】
上記構成によると、相互インダクタンスが+Mと−Mの動作モードとなる状態を利用して、倍電圧全波整流を行うことで二次側直流出力電圧を得るようにしているため、それだけ負荷側に供給される電力も増加して、最大負荷電力の増加が図られることになる。
【0032】
また、上記のようにして最大負荷電力の増加を図ることで、本実施の形態では、直流入力電圧を生成する整流平滑回路としては倍電圧整流方式を採って負荷電力をカバーする必要はない。このため、図1にて説明したように、例えばブリッジ整流回路による通常の等倍電圧整流回路の構成を採ることができる。
これにより、例えば交流入力電圧VAC=144V時における整流平滑電圧Eiは200V程度となる。図3(a)に示すスイッチング素子Q1/二次側並列共振コンデンサCrの並列接続回路の両端に得られる共振電圧Vcrは、整流平滑電圧Eiに対して一次側の並列共振回路が作用することで、スイッチング素子Q1がオフ時に発生するが、本実施の形態では、上記のように整流平滑電圧Eiが倍電圧整流時の約1/2とされていることで、共振電圧Vcrは、先に図12に示した従来例としての電源回路にて発生する共振電圧Vcr(1800V)の約1/2程度に抑えられることになる。つまり、共振電圧Vcrはピークで900V程度にまで抑えられることになる。
従って、本実施の形態においては、スイッチング素子Q1と並列共振コンデンサCrについては、900Vの耐圧品を選定すればよいことになる。
【0033】
また、二次側においては、二次巻線N2dの励起電圧が正負の両期間において整流動作を行う倍電圧全波整流回路を設けたことで、本実施の形態では、図3(d)(f)に示す整流ダイオードDO1,DO2の両端電圧VD2,VD3の波形のように、オフ期間における二次側整流ダイオードの両端電圧は、二次側直流出力電圧EOと同等のレベルにまで抑制されることになる。これにより、二次側の倍電圧整流回路を形成する整流ダイオードとしては、二次側直流出力電圧EOのレベルに対応する耐圧品を選定すればよいことになる。
【0034】
また、倍電圧整流回路によって二次側直流出力電圧を得るようにしていることで、例えば等倍電圧整流回路(半波整流回路)によって得られる二次側直流出力電圧と同等のレベルを得ようとすれば、本実施の形態の二次巻線N2dとしては、従来の1/2の巻数で済むことになる。この巻数の削減は、絶縁コンバータトランスPITの小型軽量化、及び低コスト化につながる。
【0035】
更に本実施の形態では、スイッチング素子Q1、並列共振コンデンサCr,二次側の整流ダイオードについて、従来備えられるべきものよりも低耐圧品を用いることができるため、素子としてはそれだけ安価となる。このため、特にコストアップを考慮することなく、例えばスイッチング素子Q1及びブリッジ整流回路DOについて特性の向上されたもの(スイッチング素子Q1であれば、飽和電圧VCE(SAT)、蓄積時間tSTG、下降時間tf、電流増幅率hFE等の特性の良好なもの、また、整流ダイオードであれば順方向電圧降下VF、逆回復時間trr等の特性の良好なもの)を選定することができる。
このような特性の向上によって、本実施の形態では、従来よりもスイッチング周波数を高く設定できることになり、それだけ電力損失の低減、及び各種部品の小型・軽量化が促進されることにもなる。つまり、従来よりも電力変換効率など諸特性の向上を図ることが可能になると共に、小型軽量化及び低コスト化を促進することが可能になる。
【0036】
更に、電源回路の小型・軽量化の観点からすれば、従来のように直流入力電圧の生成のために倍電圧整流回路を備える構成では、それぞれ2組の整流ダイオードと平滑コンデンサが必要とされたのであるが、本実施の形態では、例えば通常のブリッジ整流回路による全波整流回路とされるため、1組のブロック型の平滑コンデンサとブリッジ整流ダイオードを採用することができるので、それだけ、コストの削減及び部品の小型化が図られるものである。
【0037】
更には、等倍電圧整流回路とされたことで、従来よりも一次巻線N1の巻数が削減されるため、結果的に、直交型制御トランスPRTの被制御巻線のインダクタンス可変範囲を従来よりも狭くしても安定して定電圧制御が行われることになる。即ち、被制御巻線の巻数を従来よりも削減して、直交型制御トランスPRTの小型軽量化及び低コスト化を図ることが出来る。
【0038】
実際の実験結果として、例えば図12及び図13に示した従来としての電源回路の構成では、交流入力電圧VAC=100V±20%時において、スイッチング周波数fs=50KHz、対応可能な最大負荷電力が180Wであったのに対して、図1に示す本実施の形態の電源回路では、交流入力電圧VAC=100V±20%時において、スイッチング周波数fs=100KHz、対応可能な最大負荷電力が160Wと、スイッチング周波数が2倍に向上された上で、ほぼ同等の最大負荷電力に対応している。
【0039】
図4は、本発明の第2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している。なお、この図において、図1及び図12,図13と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【0040】
この図に示す、複合共振形スイッチングコンバータとしての電源回路においては、二次側に対して直交型制御トランスPRTの被制御巻線が備えられる構成を採っている。
本実施の形態の場合、直交型制御トランスPRTにおいては、2つの被制御巻線NR,NRAが巻装される。被制御巻線NRは、二次巻線N2dの一端と二次側直列共振コンデンサCs1の間に直列に挿入されることで、二次側直列共振コンデンサCs1のキャパシタンスと、二次巻線N2dの漏洩インダクタンス成分と被制御巻線NRのインダクタンスとの合成インダクタンスとによって、整流ダイオードDO1,DO2のオン/オフ動作に対応する直列共振回路を形成する。
被制御巻線NRAは、二次巻線N2dのタップ出力と二次側直列共振コンデンサCs2の間に直列に挿入されることで、二次側直列共振コンデンサCs2のキャパシタンスと、二次巻線N2dの漏洩インダクタンス成分と被制御巻線NRAのインダクタンスとの合成インダクタンスとによって、整流ダイオードDO3,DO4のオン/オフ動作に対応する直列共振回路を形成する。
なお、本実施の形態においても絶縁コンバータトランスPRTは図2により説明した構成を採る。
【0041】
このような構成においても、第1の実施の形態と同様に、二次側の直列共振動作を含む倍電圧整流動作が得られることで、二次側直流出力電圧EO1,EO2としては、二次巻線N2dに得られる励起電圧の2倍に対応するレベルが得られる。
【0042】
また、この場合には、二次側に対して直交型制御トランスPRTの被制御巻線が備えられることで、先の図13に示す電源回路により説明したインダクタンス制御方式による定電圧制御が行われる。つまり、被制御巻線のインダクタンスの可変に応じて二次側整流ダイオードの導通角を可変制御することで、定電圧制御を行うものである。
図5に、第2の実施の形態における、二次側直列共振周波数と二次側直流出力電圧EO(E01,E02)との関係を示す。この場合には横軸に周波数をとり、縦軸に二次側直流出力電圧EOのレベルをとっている。
この図においては、二次側直列共振周波数fo1,fo2がスイッチング周波数fsと共に示されている。二次側直列共振周波数fo1は、最大交流入力電圧(Vacmax)、最小負荷電力(Pomin)時に得られる周波数であり、二次側直列共振周波数fo2は、最小交流入力電圧(Vacmin)、最大負荷電力(Pomax)時に得られる周波数である。また、この場合の二次側直列共振周波数は、スイッチング周波数fsよりも低い周波数の領域(ローワーサイド)に有るように設定される。本実施の形態では、このような特性のもとで、直流出力電圧EOが一定となるように、被制御巻線のインダクタンスを可変する(即ち、二次側直列共振周波数を可変する)ように制御回路1が動作する。
このような第2の実施の形態としての構成によっても、先に説明した第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
【0043】
図6は、本発明の第3の実施の形態としての、複合形スイッチングコンバータを備えたスイッチング電源回路の構成を示す回路図であり、図1、図4、及び図12、図13と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
本実施の形態の絶縁コンバータトランスPITにおいては、一次巻線N1 と二次巻線N2d及び駆動巻線NBに加え、一次巻線N1を巻き上げるようにして巻線N3が備えられる。なお、この絶縁コンバータトランスPITも、先に図2に示したようにして中央磁脚に対してギャップが形成され、一次側と二次側で所要の結合係数による疎結合が得られるようにされている。
【0044】
本実施の形態において、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1を巻き上げるようにして形成された巻線N3の端部は、後述するブースト電圧生成用の平滑コンデンサCiBの正極と接続される。平滑コンデンサCiBの負極は平滑コンデンサCiの正極(Eiライン)と接続される。
また、本実施の形態においてはブースト用ダイオードDBが設けられる。このブースト用ダイオードDBは、アノードが平滑コンデンサCiBの負極と平滑コンデンサCiの正極との接続点(Eiライン)と接続され、カソードは直交型制御トランスPRTの被制御巻線NRの直列接続を介して、一次巻線N1と巻線N3との接続点に対して接続される。
このような接続形態によると、巻線N3に得られたスイッチング出力電圧をブースト用ダイオードDBにより整流して平滑コンデンサCiBにより平滑化することで、平滑コンデンサCiBの両端にブースト電圧VBを生成するブースト回路が形成されることになる。但し、上述のようにこのブースト回路には被制御巻線NRが直列に挿入されている。
【0045】
上記のようにブースト回路を備えた構成では、直列接続された平滑コンデンサCiB−平滑コンデンサCiの両端には、整流平滑電圧Eiに対してブースト電圧VBが重畳されたブースト平滑電圧EBが得られることになるが、このブースト平滑電圧EBは、
【数1】

Figure 0004218089
により表すことができる。
そして、巻線N3及び一次巻線N1のインダクタンスとしてL3=L1の関係が得られるようにし、整流平滑電圧Ei、ブースト用ダイオードDBの降下電圧VF、及びスイッチング素子Q1の飽和電圧V(SAT)についてEi≫VF,V(SAT)の関係が成立しているとすると、ブースト平滑電圧EBは上記(数1)に基づいて、
【数2】
Figure 0004218089
により示されることになる。この場合、図6に示す電源回路では、例えば、直交型トランスPRTの被制御巻線NRのインダクタンスLRを、0.1×L1〜1.2×L1の範囲で変化させることで、ブースト平滑電圧EBについて、ほぼEi〜2Ei(Eiは、平滑コンデンサCiの両端に得られる整流平滑電圧レベルに相当する)の範囲で可変することが可能とされる。
【0046】
また、本実施の形態の電源回路の接続形態では、ブースト用の整流ダイオードDBを介して、一次巻線N1と平滑コンデンサCiの正極間に対して被制御巻線NRが直列に挿入されているものと見ることが出来るので、一次側の並列共振回路は、被制御巻線NRのインダクタンスLRを含んで形成されることになる。従って、この場合には、図1に示した電源回路と同様に、共振電圧Vcrのパルス幅を制御することによって二次側出力の安定化が行われる。
【0047】
本実施の形態では、スイッチング素子Q1を備えて成る電圧共振形スイッチングコンバータは、上述のブースト平滑電圧EBを動作電源としてスイッチング動作を行うようにされる。つまり、本実施の形態では、ブースト回路によって、電圧共振形スイッチングコンバータに供給すべき見かけ上の直流入力電圧レベルを上昇させているものである。このブースト回路の動作によって直流入力電圧レベルを引き上げていることで、本実施の形態では、倍電圧整流回路によって直流入力電圧を得る構成(即ち従来例)の場合とほぼ同等の最大負荷電力に対応することが可能となる。そして、先の各実施の形態と同様にして、二次側直列共振動作を利用した倍電圧整流回路により直流出力電圧を得るようにされていることで、結果的には200W程度の最大負荷電力に対応することが可能となる。
なお、本実施の形態においても、先の第1の実施の形態にて説明した効果は同様に得られるものである。
【0048】
図7は、本発明の第4の実施の形態としての、複合共振形スイッチングコンバータを備えた電源回路の構成を示す回路図であり、図1、図4、図6及び図12、図13と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【0049】
この図に示す電源回路においては、一次巻線としてはセンタータップが設けられて、一次巻線N1A(インダクタンスL1A),N1B(インダクタンスL1B)に分割される。このセンタータップ端子は、直交型制御トランスPRTの被制御巻線NR(インダクタンスLR)の直列接続を介して整流平滑電圧Eiのラインと接続される。
【0050】
この図に示す電圧共振形コンバータは、2石のスイッチング素子Q1,Q2を備えた他励式の構成を採っている。この場合、スイッチング素子Q1,Q2には、MOS−FETが採用されている。
この場合、スイッチング素子Q1 のドレインは一次巻線N1Aの端部と接続され、ソースは一次側アースに接地される。また、スイッチング素子Qのドレイン−ソース間には、スイッチングオフ時の帰還電流の経路を形成するダンパーダイオードDD1、及び並列共振コンデンサCr1が並列に接続される。
スイッチング素子Q2 のドレインは一次巻線N1Bの端部と接続され、ソースは一次側アースに接地される。また、スイッチング素子Q2のドレイン−ソース間に対しても、ダンパーダイオードDD2及び並列共振コンデンサCr2が並列に接続される。
【0051】
並列共振コンデンサCr1は、自身のキャパシタンスと、インダクタンスL1A,インダクタンスLRの合成インダクタンスとによって、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を電圧共振形とする並列共振回路を形成される。
同様にして、並列共振コンデンサCr2は、自身のキャパシタンスと、インダクタンスL1B,インダクタンスLRの合成インダクタンスとによって、スイッチング素子Q2のスイッチング動作を電圧共振形とする並列共振回路を形成する。
【0052】
この接続形態では、スイッチング素子Q1,Q2がそれぞれ電圧共振形のスイッチング動作を行うようにされた、二系統のスイッチング回路系が備えられることになる。なお、上記スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力点は、一次巻線N1のセンタータップとなる。
【0053】
発振ドライブ回路2は、起動抵抗RSにより起動されるようになっており、例えばスイッチング周波数fs=100KHzに対応する周波数信号を発振出力すると共に、この周波数信号に基づいてスイッチング駆動信号(駆動電圧)を生成して、スイッチング素子Q1,Q2のゲートに印加する。この際、スイッチング素子Q1,Q2のゲートに印加するスイッチング駆動信号としては、互いに反転した逆極性の信号である。
【0054】
上記発振ドライブ回路2によってスイッチング素子Q1,Q2が駆動されると、スイッチング素子Q1,Q2は、例えばスイッチング周波数fs=100KHzで、交互にオン/オフとなるタイミングでスイッチング動作を行うことになる。
つまり、スイッチング素子Q1,Q2の両者によるスイッチング動作は、いわゆるプッシュプル動作となり、例えば1石のスイッチング素子による、いわゆるシングルエンド動作の場合よりも大きな電力を負荷側に対して供給することができる。これにより、本実施の形態では最大負荷電力200W以上の重負荷の条件に対応する。
【0055】
また、この場合には直交型制御トランスPRTの被制御巻線NRは一次巻線に対して接続されることから、例えば図1に示した電源回路と同様に、インダクタンス制御方式として、スイッチング素子と並列共振コンデンサの並列接続回路の両端に得られる共振電圧をPWM制御することで定電圧制御を行うようにされる。
【0056】
図7に示す構成によっても、複合形共振コンバータとされたことによる効果、及び等倍電圧整流回路によって直流入力電圧を得たことによるよる効果が、先の各実施の形態と同様に得られるものである。
【0057】
これまでの実施の形態の説明においては、スイッチング素子Q1(及びQ2)として、1石のバイポーラトランジスタ(BJT)、或いはMOS−FETを採用した場合を例に挙げていたが、本発明の実施の形態としては、以降示すようなスイッチング回路或いはスイッチング素子をスイッチング素子Q1(Q2)に代えて採用することも可能である。
図8は、スイッチング素子Q1(Q2)に代えて、2本のバイポーラトランジスタQ11,Q12をダーリントン接続した回路を使用する例を示している。
この場合の接続形態としては、トランジスタQ11のコレクタとトランジスタQ12のコレクタを接続し、トランジスタQ11のエミッタをトランジスタQ12のエミッタと接続し、トランジスタQ12のエミッタをアースに接地している。また、ダンパーダイオードDD1のアノードをトランジスタQ11のエミッタと接続し、ダンパーダイオードDD1のカソードを抵抗R11を介してトランジスタQ11のベースに接続している。ダンパーダイオードDD2のアノードは、トランジスタQ12のエミッタに接続され、カソードはトランジスタQ12のコレクタに接続されている。抵抗R12は、トランジスタQ12のベース−エミッタ間に対して並列に接続されている。このようにして形成したダーリントン接続回路においては、トランジスタQ11のベースが先の各実施の形態に示したスイッチング素子Q1(Q2)のベースと等価となり、トランジスタQ11,Q12のコレクタ接点がスイッチング素子Q1(Q2)のコレクタと等価となる。また、トランジスタQ12のエミッタがスイッチング素子Q1(Q2)のエミッタと等価となる。
【0058】
また、第1〜第3の実施の形態に対応する図1、図4、図6の電源回路のようにして、1つのスイッチング素子Q1によりシングルエンド動作を行う構成を採る場合にも、図9に示すようにして、バイポーラトランジスタのスイッチング素子Q1に代えて、MOS−FET(MOS型電界効果トランジスタ;金属酸化膜半導体)を使用することができる。MOS−FETを用いる場合、ドレイン−ソース間に対して、スイッチングオフ時の帰還電流の経路を形成するためのツェナーダイオードZDが図に示す方向により並列に接続される。つまり、アノードがMOS−FETのソースと接続され、カソードがツェナーダイオードZDのドレインと接続される。この場合、先の各実施の形態に示したスイッチング素子Q1のベース、コレクタ、エミッタは、それぞれ、MOS−FETのゲート、ドレイン、ソースに置き換わることになる。また、MOS−FETを用いる場合には、図7に示したような他励式の構成を採るなどして、電流駆動ではなく、電圧駆動する必要がある。
【0059】
図10は、スイッチング素子Q1(Q2)に代えて、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を使用した例が示されている。IGBTのコレクタ−エミッタ間に対しては、スイッチングオフ時の帰還電流の経路を形成するためのダイオードDが並列に接続される。ここでは、ダイオードDのアノード、カソードはそれぞれIGBTのコレクタ,エミッタに対して接続されている。
この回路では、先の各実施の形態に示したスイッチング素子Q1(Q2)のベース、コレクタ、エミッタは、それぞれ、IGBTのゲート、コレクタ、エミッタに置き換わる。
【0060】
図12は、スイッチング素子Q1(Q2)に代えて、SIT(静電誘導サイリスタ)を使用した例が示されている。このSITのコレクタ−エミッタ間に対しても、スイッチングオフ時の帰還電流の経路を形成するためのダイオードDが並列に接続され、ダイオードDのアノード、カソードがそれぞれSITのカソード,アノードに対して接続される。
上記図8〜図12に示す何れの構成を採った場合にも、本実施の形態では更なる高効率化を図ることが可能になる。なお、図8〜図12に示す構成を採る場合、ここでは図示しないが、実際にスイッチング素子Q1(Q2)に代えて採られるべき構成に適合するようにして、その駆動回路の構成を変更して構わないものである。
また、実施の形態として上記各図に示した構成の細部は、実際の使用条件等に応じて変更されて構わない。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、スイッチング電源回路として、一次側に電圧共振形スイッチングコンバータを備えたうえで、絶縁コンバータトランスを疎結合とすることで、一次巻線と二次巻線の相互インダクタンスが互いに逆極性となる動作モード(+M/−M)が得られるようにしている。更に、二次側においては、二次巻線に二次側直列共振回路を直列に接続して直列共振回路を形成して、この直列共振回路を利用した倍電圧全波整流回路を備えることで、二次巻線に得られる交番電圧(励起電圧)の二倍に対応する二次側直流出力電圧を得るようにされる。
【0062】
上記のようにして倍電圧全波整流回路によって負荷に電力供給をする結果、本発明では、例えば従来のように半波整流回路により等倍の二次側直流出力電圧を得る場合よりも、対応可能な最大負荷電力を向上させることが可能になる。
そしてこれに伴い、一次側は倍電圧整流回路ではなく、通常の全波整流回路により交流入力電圧レベルに対応するレベルの整流平滑電圧を入力するように構成しても、充分に上記した条件に対応することができることになる。
【0063】
以上の構成から次のようなことが言える。
例えば従来においては、上記の条件に対応する場合には、倍電圧整流回路により交流入力電圧レベルの2倍に対応する整流平滑電圧を得る必要があり、このため、スイッチング素子や一次側の並列共振コンデンサには、整流平滑電圧レベルに応じて発生するスイッチング電圧に応じた耐圧品を選定する必要があった。
また、従来においては、二次側において半波整流回路により直流出力電圧を生成するようにしていたことで、整流ダイオードの非導通期間において整流平滑電圧の2.5倍〜3.5倍程度の電圧が印加されるため、この電圧レベルに応じた耐圧品を選定していた。
【0064】
これに対して本発明では、整流平滑電圧レベルに依存するスイッチング電圧が従来の1/2となることから、スイッチング素子や一次側の共振コンデンサについて、従来の1/2程度の耐圧品を用いることができる。
また、二次側においては、前述したように、倍電圧全波整流回路が設けられるが、ここで倍電圧全波整流回路は、交番電圧が正/負の両期間で整流動作を行う全波整流動作である結果、整流ダイオードに印加される電圧は整流平滑電圧レベルとほぼ同等に抑制されるため、二次側の整流ダイオードについても従来より耐圧の低いものを選定することができる。
これによって、先ずスイッチング素子、一次側の並列共振コンデンサ、及び二次側整流ダイオード等にかかるコストを削減することができる。また、スイッチング素子及び二次側整流ダイオードの特性の向上したものを選定して、スイッチング周波数を高く設定することも容易に可能となり、これによって、電力変換効率の向上が図られることになる。また、スイッチング素子周辺の回路部品の小型・軽量化を図ることも可能になるものである。
また、前述のように、商用交流電源から整流平滑電圧を得る回路が通常の等倍電圧整流回路とされたことで、例えば通常の1組のブロック型の平滑コンデンサとブリッジ整流ダイオードを採用することができるので、この点でも、コストの削減及び回路規模の縮小が図られる。更には、被制御巻線の巻数が削減されて、定電圧制御に用いる直交型制御トランスの小型軽量化及び低コスト化も図られるものである。
【0065】
更に本発明として、二次側に設けられる整流回路については倍電圧全波整流回路が採用されることで、例えば等倍電圧整流回路が備えられる場合と同等レベルの直流出力電圧を得ようとすれば、二次巻線の巻数を従来の1/2程度にまで少なくすることが可能になる。
また、本発明の構成では、従来よりも狭い被制御巻線のインダクタンス可変範囲によって二次側出力の安定化動作を確保できるので、その分被制御巻線の巻数を削減して直交型制御トランスの小型軽量化及び低コスト化を図ることが可能である。
【0066】
更には、スイッチング手段としてプッシュプル動作を行う構成を採れば、比較的簡略な回路構成によっても、対応可能な負荷電力を更に増加させることが可能になる。
【0067】
また、スイッチング素子としては、バイポーラトランジスタを備えて形成されるダーリントン回路、又はMOS型電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、又は静電誘導サイリスタにより構成することが可能であり、この場合には、例えば1石のバイポーラトランジスタにより上記スイッチング手段を形成する場合よりも、更に電力変換効率を向上させることが可能となる。
【0068】
このように本発明では、電圧共振形コンバータを備えた電源回路の低コスト化、小型軽量化、及び電力変換効率等の諸特性の向上が促進されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の電源回路の構成例を示す回路図である。
【図2】本実施の形態の電源回路の絶縁コンバータトランスの構成を示す断面図である。
【図3】第1の実施の形態の電源回路の要部の動作を示す波形図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の電源回路の構成例を示す回路図である。
【図5】図4に示す回路の二次側直列共振周波数に対するスイッチング周波数、及び二次側直流出力電圧との関係を示す説明図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態の電源回路の構成例を示す回路図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態の電源回路の構成例を示す回路図である。
【図8】本発明の実施の形態の変形例としての構成を示す回路図である。
【図9】本発明の実施の形態の変形例としての構成を示す回路図である。
【図10】本発明の実施の形態の変形例としての構成を示す回路図である。
【図11】本発明の実施の形態の変形例としての構成を示す回路図である。
【図12】従来例としての電源回路の構成を示す回路図である。
【図13】従来例としての電源回路の構成を示す回路図である。
【図14】従来例としての絶縁コンバータトランスの構成を示す断面図である。
【図15】相互インダクタンスが+M/−Mの場合の各動作を示す説明図である。
【図16】図12及び図13に示す電源回路における要部の動作を示す波形図である。
【符号の説明】
1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、Ci,CiB 平滑コンデンサ、Cr 並列共振コンデンサ、Cs1,Cs2 二次側直列共振コンデンサ、Di ブリッジ整流回路、DO1,DO2,DO3,DO4 整流ダイオード、PIT 絶縁コンバータトランス、PRT 直交型制御トランス、NC 制御巻線、NR 被制御巻線、Q1,Q2 スイッチング素子、DB ブースト用ダイオード、N3 (ブースト用)巻線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply circuit provided as a power source for various electronic devices.
[0002]
[Prior art]
As a so-called soft switching power supply circuit, a switching power supply circuit including a voltage resonance type switching converter is known. The voltage resonance type switching converter has low noise because a smooth waveform can be obtained with respect to the switching output pulse voltage and the switching output current flowing into the insulating converter transformer, and can be configured with a relatively small number of parts. Has a merit.
[0003]
The circuit diagram of FIG. 12 shows an example of a voltage resonance type switching power supply circuit that can be configured based on the invention previously proposed by the present applicant.
In the switching power supply circuit shown in this figure, for example, a commercial AC power supply in Japan or the United States is a so-called AC100V system, and the maximum load power corresponds to a condition of 150 W or more.
[0004]
In the switching power supply circuit shown in this figure, a so-called voltage doubler rectifier circuit comprising rectifier diodes Di1, Di2 and smoothing capacitors Ci1, Ci2 is provided as a rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing commercial AC power supply AC. In this voltage doubler rectifier circuit, for example, when a DC input voltage corresponding to one time the peak value of the AC input voltage VAC is Ei, a DC input voltage 2Ei approximately twice that is generated. For example, if the AC input voltage VAC = 144V, the DC input voltage 2Ei is about 400V.
As described above, the voltage doubler rectifier circuit is adopted as the rectifying / smoothing circuit, as described above, in response to a relatively heavy load condition in which the AC input voltage is AC100V and the maximum load power is 150 W or more. Because. That is, by making the DC input voltage twice that of the normal one, the amount of current flowing into the subsequent switching converter is suppressed, and the reliability of the components forming the switching power supply circuit is ensured. .
For the voltage doubler rectifier circuit shown in this figure, an inrush current limiting resistor Ri is inserted in the rectified current path so as to suppress an inrush current flowing into the smoothing capacitor when the power is turned on, for example. Yes.
[0005]
The voltage resonance type switching converter in this figure has a self-excited configuration including one switching element Q1. In this case, a high breakdown voltage bipolar transistor (BJT; junction transistor) is employed as the switching element Q1.
The base of the switching element Q1 is connected to the positive side of the smoothing capacitor Ci1 (rectified smoothing voltage 2Ei) via the starting resistor RS so that the base current at the time of starting can be obtained from the rectifying smoothing line. A resonant circuit for self-excited oscillation comprising an inductor LB, a detection drive winding NB, a resonant capacitor CB, and a damping resistor RB is connected in series between the base of the switching element Q1 and the temporary ground. In this case, the detection drive winding NB is wound around an insulating converter transformer PIT (Power Isolation Transformer), and a required inductance for setting the switching frequency is obtained together with the inductor LB.
A clamp diode DD inserted between the base of the switching element Q1 and the negative electrode (primary side ground) of the smoothing capacitor Ci forms a path for a damper current that flows when the switching element Q1 is turned off. The collector of the switching element Q1 is connected to one end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT, and the emitter is grounded.
[0006]
A parallel resonant capacitor Cr is connected in parallel between the collector and emitter of the switching element Q1. This parallel resonant capacitor Cr has a combined inductance (capacitance obtained by series connection of its own capacitance, a primary winding N1 of an insulating converter transformer PIT described later, and a controlled winding N R of an orthogonal control transformer PRT (Power Regulating Transformer)). L1 and LR) form a parallel resonance circuit of a voltage resonance type converter. Although detailed description is omitted here, when the switching element Q1 is turned off, the voltage Vcr across the resonance capacitor Cr is actually a sinusoidal pulse waveform due to the action of the parallel resonance circuit. Can be obtained.
[0007]
The insulating converter transformer PIT is for transmitting the switching output of the switching element Q1 to the secondary side. In this case, one end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the collector of the switching element Q1. The other end is connected in series with the controlled winding NR of the orthogonal control transformer PRT as shown in the figure.
[0008]
On the secondary side of the insulating converter transformer PIT, an alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2. In this case, a secondary resonant circuit is formed by connecting a secondary side parallel resonant capacitor C2 in parallel to the secondary winding N2. By this parallel resonance circuit, the alternating voltage excited in the secondary winding N2 is a resonance voltage, and this resonance voltage is generated from a half-wave rectifier circuit including a rectifier diode DO1 and a smoothing capacitor CO2, and from the rectifier diode DO2 and the smoothing capacitor CO2. Are supplied to two sets of half-wave rectifier circuits. The two sets of half-wave rectifier circuits provide DC output voltages EO1 and EO2, respectively.
The rectifier diodes DO1 and DO2 forming the half-wave rectifier circuit use a high-speed type for rectifying the alternating voltage of the switching period.
[0009]
The control circuit 1 is, for example, an error amplifier that compares a DC voltage output on the secondary side with a reference voltage and supplies a DC current corresponding to the error to the control winding NC of the orthogonal control transformer PRT as a control current. In this case, a DC voltage output E01 is input to the control circuit 1 as a detection voltage, and a DC output voltage E02 is input as an operating power supply.
[0010]
For example, when the secondary side DC output voltage EO2 fluctuates with fluctuations in the AC input voltage VAC or load power, the control current flowing through the control winding NC is changed by the control circuit 1 in the range of, for example, 10 mA to 40 mA. . As a result, the inductance LR of the controlled winding NR is changed in the range of 0.1 mH to 0.6 mH, for example.
[0011]
Since the controlled winding NR forms a parallel resonance circuit for obtaining a voltage resonance type switching operation as described above, the resonance of the parallel resonance circuit is fixed with respect to a fixed switching frequency. Conditions are made to change. At both ends of the parallel connection circuit of the switching element Q1 and the parallel resonance capacitor Cr, a sinusoidal resonance pulse is generated by the action of the parallel resonance circuit corresponding to the OFF period of the switching element Q1, but the resonance condition of the parallel resonance circuit The width of the resonance pulse is variably controlled by changing. That is, a PWM (Pulse Width Moduration) control operation for the resonance pulse is obtained. The PWM control of the resonance pulse width is control of the off period of the switching element Q1. In other words, this means that the on period of the switching element Q1 is variably controlled under the condition of a fixed switching frequency. . In this way, the ON period of the switching element Q1 is variably controlled, so that the switching output transmitted from the primary winding N1 forming the parallel resonant circuit to the secondary side changes, and the secondary side DC output voltage ( The output level of EO1, EO2) is also changed. As a result, the secondary side DC voltage (EO1, EO2) is made constant. Such a constant voltage control method is hereinafter referred to as an inductance control method.
[0012]
The circuit diagram of FIG. 13 shows another example of a voltage resonance type switching power supply circuit that can be configured based on the invention previously proposed by the present applicant. In FIG. 13, the same parts as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals, and description of parts having the same configuration is omitted.
In the power supply circuit shown in this figure, an example is shown in which the controlled winding of the orthogonal control transformer PRT is provided on the secondary side.
In this case, as the controlled winding of the orthogonal control transformer PRT, two controlled windings NR and NR1 are wound and provided, and the controlled winding NR is connected to the end of the secondary winding N2. The rectifier diodes DO1 are connected so as to be inserted in series between the anodes. The controlled winding NR1 is inserted in series between the tap output of the secondary winding N2 and the anode of the rectifier diode D02. In such a connection form, the secondary side parallel resonant circuit is formed including the inductance components of the controlled windings NR and NR1.
[0013]
As described above, when the controlled winding (NR, NR1) of the orthogonal control transformer PRT is provided on the secondary side, the inductance of the controlled winding NR can be varied as an inductance control method. Thus, the pulse width of the resonance voltage V2 of the secondary side parallel resonant capacitor C2, that is, the conduction angle of the secondary side rectifier diode, is variably controlled. Thus, constant voltage control is achieved by controlling the output level obtained on the secondary side.
[0014]
Here, the structure of the insulating converter transformer PIT provided in the power supply circuit shown in FIGS. 12 and 13 is shown in cross section in FIG.
The insulating converter transformer PIT is formed with an EE type core in which E type cores CR1 and CR2 made of, for example, a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other. At this time, no gap is formed in the central magnetic leg as shown in the figure. The central magnetic leg is wound by using the bobbin B in a state where the primary winding N1 and the secondary winding N2 are divided. Thereby, a state of loose coupling (for example, coupling coefficient k≈0.9) is obtained between the primary winding N1 and the secondary winding N2.
[0015]
Further, in the insulating converter transformer PIT, the inductance L1 of the primary winding N1 and the second winding N1 depend on the relationship between the polarity (winding direction) of the primary winding N1 and secondary winding N2 and the connection of the rectifier diodes DO (DO1, DO2). The mutual inductance M with the inductance L2 of the next winding N2 may be + M (additional polarity mode) or -M (depolarization mode).
For example, the mutual inductance is + M in the operation when the connection configuration shown in FIG. 15A is adopted, and the mutual inductance is −M in the operation when the connection configuration shown in FIG. 15B is adopted.
[0016]
FIG. 16 shows an operation waveform according to the switching period of the power supply circuit shown in FIG. In this figure, periods TON and TOFF indicate periods during which the switching element Q1 is turned on and off, respectively, and periods DON and DOFF indicate periods during which the secondary side rectifier diode DO1 is turned on and off, respectively.
As the resonance voltage Vcr generated at both ends of the switching element Q1 / parallel resonance capacitor Cr, as shown in FIG. 16 (a), a waveform that becomes a sinusoidal pulse in the period TOFF in which the switching element Q1 is off is obtained. The operation of the switching converter is a voltage resonance type. The level of the pulse of the resonance voltage Vcr is about 1800 V at the peak as shown in the figure. This is due to the fact that the impedance of the parallel resonance circuit on the primary side of the voltage resonance type converter acts on the 2Ei DC input voltage obtained by voltage doubler rectification.
Further, as a secondary side operation, the secondary side rectifier diode D01 can obtain an operation in which a rectified current flows in a period DON substantially corresponding to the period TON of the switching element, by the waveform shown in FIG. That is, the operation is based on + M (additive polarity mode) described with reference to FIG. In this regard, substantially the same operation timing can be obtained on the rectifier diode D02 side.
As a result of this rectification operation, the resonant voltage V2 obtained across the secondary parallel resonant capacitor C2 is a DC output during the period DOFF when the rectifier diode D01 is off, as shown in FIG. Equivalent to the DC output voltage EO (EO1, EO2) during the period DON when the rectifier diode DO1 is turned on when a sine wave voltage with a peak level of about 2 to 3.5 times the voltage EO (EO1, EO2) is applied. The voltage level is applied.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the voltage resonance type converter having the configuration described with reference to FIGS. 12 to 16, since the AC input voltage VAC corresponds to the AC 100V system and the maximum load power is 150 W or more, 2Ei is obtained by the voltage doubler rectification method. A DC input voltage of a level is obtained. For this reason, as shown in FIG. 16A, a resonance voltage Vcr of 1800 V is generated at both ends of the switching element Q1 and the parallel resonance capacitor Cr when the switching Q1 is turned off.
For this reason, it is required to select a high withstand voltage product of 1800 V for the switching element Q1 and the parallel resonant capacitor Cr. Therefore, the switching element Q1 and the parallel resonant capacitor Cr are correspondingly enlarged. In particular, when a high breakdown voltage product is selected for the switching element Q1, the saturation voltage VCE (SAT), the accumulation time tSTG, the fall time tf are large, and the current amplification factor hFE is small. It becomes difficult. If the switching frequency is low, the switching loss and the drive power increase, so that the power loss as a power supply circuit increases accordingly.
[0018]
In addition, since the DC input voltage of 2Ei level is obtained by the voltage doubler rectification method, the number of turns of the primary winding N1 correspondingly increases corresponding to this DC input voltage level. In the circuit configurations shown in FIG. 12 and FIG. 13, the constant voltage control is performed by the inductance control method by providing the orthogonal control transformer PRT as described above, but the number of turns of the primary winding N1 is large. In order to satisfy the control range as the constant voltage control, it is necessary to increase the number of turns of the controlled winding NR to expand the inductance variable range of the controlled winding NR. For this reason, the orthogonal control transformer PRT is also enlarged and expensive.
[0019]
12 and 13, the DC output voltages (EO1, EO2) are obtained by the half-wave rectifier circuit. When the rectifier diodes (DO1, DO2) of the half-wave rectifier circuit are not conductive, As shown in FIG. 16B, a resonance voltage V2 that is about 2 to 3.5 times the DC output voltage EO (EO1, EO2) is applied. For this reason, as the rectifier diodes (DO1, DO2) used in the half-wave rectifier circuit, for example, a high withstand voltage product of about 500V is required assuming that the DC output voltage is about 135V, and the forward voltage drop VF and the reverse recovery time trr accordingly. Becomes a factor that increases power loss. For example, if the switching frequency is increased, it is possible to reduce the size of various component elements. However, due to the circumstances described above, it is difficult to set the switching frequency fs high. For example, when fs = 50 KHz or more, power is rapidly increased. It has been found that conversion efficiency is reduced.
Furthermore, as described above, a voltage doubler rectifier circuit is required to obtain a high-level DC input voltage and ensure reliability, so that two relatively large smoothing capacitors are required, and the board area is also increased. growing.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in consideration of the above-described problems, the present invention provides, for example, a voltage resonance type switching power supply circuit corresponding to a condition where the maximum load power is 150 W in an AC100V system, and improves the power conversion efficiency, reduces the board area in size and weight, and reduces the power consumption. The purpose is to reduce costs.
[0021]
Therefore, a rectifying / smoothing means that inputs a commercial AC power supply, generates a rectified and smoothed voltage having a level corresponding to the commercial AC power supply level, and outputs it as a DC input voltage, and a required coupling that is loosely coupled. A gap is formed so that a coefficient is obtained, and an insulation converter transformer provided for transmitting the primary side output to the secondary side and a switching element are provided, and the primary winding of the insulation converter transformer is provided by intermittently connecting the DC input voltage. A primary side resonance circuit formed by switching means configured to output to a line, at least a leakage inductance component including a primary winding of an insulating converter transformer, and a capacitance of a resonance capacitor, and operating the switching means as a voltage resonance type And a secondary series resonant capacitor connected in series to the secondary winding of the isolated converter transformer A secondary side series resonant circuit that forms a series resonant circuit by the leakage inductance component of the secondary winding of the insulating converter transformer and the capacitance of the secondary side series resonant capacitor, and the secondary side with respect to the rectified current path A secondary side that is formed by inserting a series resonant capacitor and that receives the alternating voltage obtained in the secondary winding of the isolated converter transformer and performs a double voltage full-wave rectification operation, corresponding to almost twice the input voltage level DC output voltage generating means configured to obtain a DC output voltage, a controlled winding connected to the primary winding or secondary winding of the insulating converter transformer, the controlled winding and its winding An orthogonal type control transformer is wound with a control winding whose directions are orthogonal to each other, and a variable control current is passed through the control winding in accordance with the level of the secondary side DC output voltage to control the controlled winding. line It was possible to configure the switching power supply circuit and a constant voltage control means arranged to perform constant voltage control by changing the inductance.
[0022]
According to the above configuration, the isolation converter transformer is loosely coupled, and on the secondary side, the secondary side DC output voltage is generated by the secondary side series resonance circuit and the voltage doubler full wave rectifier circuit to supply power to the load. To be. In other words, the required load conditions are basically handled by providing a voltage doubler full-wave rectifier circuit on the secondary side. Along with this, the primary side is not a voltage doubler rectifier circuit but an AC input. A full-wave rectifier circuit that generates a rectified and smoothed voltage corresponding to one time of the voltage level is provided.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of the configuration of a switching power supply circuit as a first embodiment of the present invention. In the power supply circuit shown in this figure, a self-excited voltage resonance switching converter with a single switching element (bipolar transistor) is provided on the primary side as in the case of FIGS. 12 and 13 described above. It is done. In this figure, the same parts as those in FIG. 12 and FIG.
[0024]
In the power supply circuit as the present embodiment shown in this figure, a full-wave rectifier circuit including a bridge rectifier circuit Di and a smoothing capacitor Ci is used as a rectifier / smoothing circuit for obtaining an AC input voltage by inputting the AC input voltage VAC. And a rectified and smoothed voltage Ei corresponding to a level that is one time the AC input voltage VAC. That is, in the present embodiment, a voltage doubler rectifier circuit is not provided as in the prior art.
In this specification, a full-wave rectifier circuit that generates a rectified and smoothed voltage Ei corresponding to one level of the AC input voltage VAC is also referred to as an “equal voltage rectifier circuit”.
[0025]
Further, in the self-excited oscillation drive circuit of the voltage resonance converter shown in this figure, the insertion point of the base current limiting resistor RB is inserted between the base of the switching element Q1 and the inductor LB as shown in FIG. Although different from the circuit shown in FIG. 13, a self-oscillation driving circuit for the switching element Q1 is formed in the same manner as described above with reference to FIGS.
[0026]
As shown in FIG. 2, the insulating converter transformer PIT provided in the power supply circuit according to the present embodiment includes an EE type core in which, for example, ferrite type E cores CR1 and CR2 are combined so that their magnetic legs face each other. The primary winding N1 and the secondary winding N2d are respectively divided using the divided bobbin B in which the winding portion is divided on the primary side and the secondary side with respect to the central magnetic leg of the EE type core. Wrapped in the state. In this embodiment, a gap G is formed with respect to the central magnetic leg as shown in the figure. The gap G can be formed by forming the center magnetic legs of the E-type cores CR1 and CR2 shorter than the two outer magnetic legs.
As a result, for example, as a conventional example, a loose coupling with a smaller coupling coefficient than that of the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 13 is achieved, so that a saturation state is hardly obtained. In this case, the coupling coefficient k is, for example, k≈0.85.
[0027]
On the secondary side of the power supply circuit according to the present embodiment, a secondary winding N2d having a different number of turns from the conventional one is provided as will be described later. One end of the secondary winding N2d is connected to the secondary side ground, and the other end is connected to a connection point between the anode of the rectifier diode D01 and the cathode of the rectifier diode D02 through a series connection of the series resonant capacitor Cs1. . The cathode of the rectifier diode DO1 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor CO1, and the anode of the rectifier diode DO2 is connected to the secondary side ground. The negative side of the smoothing capacitor CO1 is connected to the secondary side ground.
The secondary winding N2d is provided with a tap, and this tap terminal is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode D03 and the cathode of the rectifier diode D04 through a series connection of the series resonant capacitor Cs2. The cathode of the rectifier diode D03 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C02, and the anode of the rectifier diode D04 is connected to the secondary side ground. The negative side of the smoothing capacitor CO2 is connected to the secondary side ground.
As a result, in such a connection form, a combination of [series resonant capacitor Cs1, rectifier diodes DO1, DO2, smoothing capacitor CO1] and [series resonant capacitor Cs2, rectifier diodes DO3, DO4, smoothing capacitor CO2] are combined. Thus, two sets of voltage doubler full wave rectifier circuits are provided. Here, the series resonance capacitor Cs1 forms a series resonance circuit corresponding to the on / off operation of the rectifier diodes DO1 and DO2 by its own capacitance and the leakage inductance component of the secondary winding N2d. The series resonance capacitor Cs2 The series resonance circuit corresponding to the on / off operation of the rectifier diodes D03 and D04 is formed by its own capacitance and the leakage inductance component of the secondary winding N2d.
That is, the power supply circuit of the present embodiment is provided with a parallel resonance circuit for making the switching operation a voltage resonance type on the primary side, and a series resonance for obtaining a voltage doubler full-wave rectification operation on the secondary side. A circuit is provided. In the present specification, the switching converter configured to operate with the resonance circuits provided on the primary side and the secondary side as described above is also referred to as a “composite resonance switching converter”.
[0028]
Here, the double voltage full wave rectification operation by the set of [the series resonance capacitor Cs1, the rectifier diodes DO1, DO2, and the smoothing capacitor CO1] is as follows.
FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation of the main part of the power supply circuit having the configuration shown in FIG. When a switching output is obtained in the primary winding N1 by the switching operation on the primary side, this switching output is excited in the secondary winding N2d. This operation is performed as a switching output current I1 obtained in the primary winding N1 in FIG. 3G and a rectification current IC2 flowing in the rectification current path of the rectification diodes DO1 and DO2 from the secondary winding N2d in FIG. Indicated.
During the period T1 when the rectifier diode D01 is turned off and the rectifier diode D02 is turned on, the secondary winding operates in the depolarization mode in which the polarity of the primary winding N1 and the secondary winding N2d is -M. By the series resonance action of the leakage inductance of the line N2d and the series resonant capacitor Cs1, an operation of charging the series resonant capacitor Cs1 with the rectified current IC2 rectified by the rectifier diode DO2 is obtained. FIGS. 3E and 3F show the rectified current ID3 of the rectifier diode D02 and the voltage VD3 across the rectifier diode D02, respectively.
In the period T2 in which the rectifier diode D02 is turned off and the rectifier diode D01 is turned on to perform the rectification operation, the primary winding N1 and the secondary winding N2d are in the additive mode in which the polarity is + M. The smoothing capacitor CO1 is charged while the series resonance occurs in which the potential of the series resonance capacitor Cs1 is added to the voltage induced in the winding N2d. FIGS. 3C and 3D respectively show the rectified current ID2 of the rectifier diode D01 and the voltage VD2 across the rectifier diode D01.
As described above, the rectifying operation is performed using both the additional mode (+ M; forward operation) and the depolarization mode (−M; flyback operation). A DC output voltage EO1 corresponding to approximately twice the induced voltage of the secondary winding N2d is obtained. The double voltage full-wave rectifier circuit consisting of a set of [series resonant capacitor Cs2, rectifier diodes D03, D04, smoothing capacitor C02] can cope with almost twice the induced voltage of the secondary winding N2d by the same operation. DC output voltage EO2 is obtained.
[0029]
As described above with reference to FIG. 2, the structure for obtaining the above-described voltage doubler full-wave rectification operation is formed by forming a gap G with respect to the insulating converter transformer PIT to achieve loose coupling with a required coupling coefficient. Further, this is realized by obtaining a state in which it is difficult to become saturated. For example, when the gap G is not provided for the insulating converter transformer PIT as in the prior art, it is highly possible that the insulating converter transformer PIT becomes saturated during the flyback operation and the operation becomes abnormal. It is difficult to hope that the voltage doubler rectification operation as shown in FIG.
[0030]
Further, the constant voltage control according to the present embodiment has the same configuration as that of FIG. 12, that is, the controlled winding NR is connected in series with the primary winding N1, so that the primary voltage control is performed. This is performed by controlling the resonance pulse of the parallel resonance voltage Vcr on the side (the OFF period of the switching element Q1).
[0031]
According to the above configuration, the secondary side DC output voltage is obtained by performing voltage doubler full-wave rectification using the state in which the mutual inductance is in the + M and -M operation modes. The supplied power is also increased, and the maximum load power is increased.
[0032]
Further, by increasing the maximum load power as described above, in the present embodiment, the rectifying / smoothing circuit that generates the DC input voltage does not need to cover the load power by adopting the double voltage rectification method. Therefore, as described with reference to FIG. 1, it is possible to adopt a normal equal voltage rectifier circuit configuration using, for example, a bridge rectifier circuit.
As a result, for example, the rectified and smoothed voltage Ei when the AC input voltage VAC = 144 V is about 200 V. The resonant voltage Vcr obtained at both ends of the parallel connection circuit of the switching element Q1 / secondary parallel resonant capacitor Cr shown in FIG. 3A is obtained by the primary parallel resonant circuit acting on the rectified smoothing voltage Ei. The switching element Q1 is generated when the switching element Q1 is off. In the present embodiment, the rectified smoothing voltage Ei is approximately ½ that of the double voltage rectification as described above. The resonance voltage Vcr (1800 V) generated in the power supply circuit as the conventional example shown in FIG. That is, the resonance voltage Vcr is suppressed to about 900 V at the peak.
Therefore, in the present embodiment, a 900V withstand voltage product may be selected for the switching element Q1 and the parallel resonant capacitor Cr.
[0033]
Further, on the secondary side, a double voltage full-wave rectifier circuit that performs rectification operation in both periods in which the excitation voltage of the secondary winding N2d is positive and negative is provided. Like the waveform of the both-end voltages VD2 and VD3 of the rectifier diodes D01 and D02 shown in f), the both-end voltages of the secondary-side rectifier diode in the off period are suppressed to a level equivalent to the secondary-side DC output voltage EO. It will be. As a result, as the rectifier diode forming the secondary side voltage doubler rectifier circuit, a withstand voltage product corresponding to the level of the secondary side DC output voltage EO may be selected.
[0034]
Further, by obtaining the secondary side DC output voltage by the voltage doubler rectifier circuit, for example, obtain a level equivalent to the secondary side DC output voltage obtained by the equal voltage rectifier circuit (half-wave rectifier circuit), for example. If so, the number of turns of the conventional winding N2d in this embodiment is ½. This reduction in the number of turns leads to a reduction in size and weight and cost of the insulating converter transformer PIT.
[0035]
Furthermore, in the present embodiment, the switching element Q1, the parallel resonant capacitor Cr, and the secondary side rectifier diode can be used with a lower withstand voltage than what should be conventionally provided. For this reason, the characteristics of the switching element Q1 and the bridge rectifier circuit D0 are improved without considering the cost increase (for the switching element Q1, the saturation voltage VCE (SAT), the accumulation time tSTG, the fall time tf In the case of a rectifier diode, one having good characteristics such as forward voltage drop VF and reverse recovery time trr can be selected.
By improving the characteristics as described above, in this embodiment, the switching frequency can be set higher than the conventional one, and accordingly, the reduction of power loss and the reduction in size and weight of various components are promoted. In other words, it is possible to improve various characteristics such as power conversion efficiency as compared with the prior art, and to promote reduction in size and weight and cost.
[0036]
Furthermore, from the viewpoint of reducing the size and weight of the power supply circuit, the conventional configuration including the voltage doubler rectifier circuit for generating the DC input voltage requires two sets of rectifier diodes and smoothing capacitors, respectively. However, in the present embodiment, for example, a full-wave rectifier circuit using a normal bridge rectifier circuit is used, and therefore, a set of block type smoothing capacitors and bridge rectifier diodes can be employed. Reduction and miniaturization of parts are achieved.
[0037]
Furthermore, since the number of turns of the primary winding N1 is reduced as compared with the prior art because of the equal voltage rectifier circuit, as a result, the inductance variable range of the controlled winding of the orthogonal control transformer PRT can be reduced as compared with the conventional case. Even if it is narrow, constant voltage control is performed stably. That is, the number of turns of the controlled winding can be reduced as compared with the conventional one, and the orthogonal control transformer PRT can be reduced in size and weight and cost.
[0038]
As an actual experimental result, for example, in the configuration of the conventional power supply circuit shown in FIGS. 12 and 13, when the AC input voltage VAC = 100 V ± 20%, the switching frequency fs = 50 KHz and the maximum load power that can be handled is 180 W. On the other hand, in the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 1, when the AC input voltage VAC = 100 V ± 20%, the switching frequency fs = 100 KHz and the maximum load power that can be handled is 160 W. While the frequency is doubled, it corresponds to a substantially equal maximum load power.
[0039]
FIG. 4 shows a configuration example of a switching power supply circuit according to the second embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIGS. 1, 12 and 13 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0040]
The power supply circuit as the composite resonance type switching converter shown in this figure has a configuration in which a controlled winding of an orthogonal control transformer PRT is provided on the secondary side.
In the case of the present embodiment, two controlled windings NR and NRA are wound in the orthogonal control transformer PRT. The controlled winding NR is inserted in series between one end of the secondary winding N2d and the secondary side series resonant capacitor Cs1, so that the capacitance of the secondary side series resonant capacitor Cs1 and the secondary winding N2d A series resonance circuit corresponding to the on / off operation of the rectifier diodes DO1 and DO2 is formed by the combined inductance of the leakage inductance component and the inductance of the controlled winding NR.
The controlled winding NRA is inserted in series between the tap output of the secondary winding N2d and the secondary side series resonance capacitor Cs2, so that the capacitance of the secondary side series resonance capacitor Cs2 and the secondary winding N2d are increased. A series resonance circuit corresponding to the on / off operation of the rectifier diodes D03 and D04 is formed by the combined inductance of the leakage inductance component of the current and the inductance of the controlled winding NRA.
Also in this embodiment, the insulating converter transformer PRT adopts the configuration described with reference to FIG.
[0041]
Even in such a configuration, the secondary side DC output voltages EO1 and EO2 can be obtained as the secondary side DC output voltages EO1 and EO2 by obtaining the voltage doubler rectification operation including the secondary side series resonance operation as in the first embodiment. A level corresponding to twice the excitation voltage obtained at winding N2d is obtained.
[0042]
In this case, the controlled winding of the orthogonal control transformer PRT is provided on the secondary side, so that the constant voltage control is performed by the inductance control method described with reference to the power supply circuit shown in FIG. . That is, constant voltage control is performed by variably controlling the conduction angle of the secondary side rectifier diode in accordance with the variable inductance of the controlled winding.
FIG. 5 shows the relationship between the secondary side series resonance frequency and the secondary side DC output voltage EO (E01, E02) in the second embodiment. In this case, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents the level of the secondary side DC output voltage EO.
In this figure, the secondary side series resonance frequencies fo1 and fo2 are shown together with the switching frequency fs. The secondary side series resonance frequency fo1 is a frequency obtained when the maximum AC input voltage (Vacmax) and the minimum load power (Pomin) are obtained. The secondary side series resonance frequency fo2 is the minimum AC input voltage (Vacmin) and the maximum load power. This is the frequency obtained at (Pomax). In this case, the secondary side series resonance frequency is set so as to be in a frequency region (lower side) lower than the switching frequency fs. In this embodiment, based on such characteristics, the inductance of the controlled winding is varied (that is, the secondary side series resonance frequency is varied) so that the DC output voltage EO is constant. The control circuit 1 operates.
Even with the configuration as the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
[0043]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply circuit having a composite switching converter as a third embodiment of the present invention, and is the same as FIG. 1, FIG. 4, FIG. 12, and FIG. Are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In the insulating converter transformer PIT according to the present embodiment, in addition to the primary winding N1, secondary winding N2d, and drive winding NB, a winding N3 is provided so as to wind up the primary winding N1. This insulating converter transformer PIT is also formed with a gap with respect to the central magnetic leg as shown in FIG. 2 so that loose coupling with a required coupling coefficient is obtained on the primary side and the secondary side. ing.
[0044]
In the present embodiment, the end of the winding N3 formed so as to wind up the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the positive electrode of a smoothing capacitor CiB for boost voltage generation described later. The negative electrode of the smoothing capacitor CiB is connected to the positive electrode (Ei line) of the smoothing capacitor Ci.
In the present embodiment, a boost diode DB is provided. The boost diode DB has an anode connected to a connection point (Ei line) between the negative electrode of the smoothing capacitor CiB and the positive electrode of the smoothing capacitor Ci, and a cathode connected via a series connection of the controlled winding N R of the orthogonal control transformer PRT. Thus, the connection is made to the connection point between the primary winding N1 and the winding N3.
According to such a connection form, the switching output voltage obtained in the winding N3 is rectified by the boost diode DB and smoothed by the smoothing capacitor CiB, thereby generating the boost voltage VB at both ends of the smoothing capacitor CiB. A circuit will be formed. However, as described above, the controlled winding NR is inserted in series in this boost circuit.
[0045]
In the configuration including the boost circuit as described above, the boost smoothing voltage EB in which the boost voltage VB is superimposed on the rectified smoothing voltage Ei is obtained at both ends of the smoothing capacitor CiB and the smoothing capacitor Ci connected in series. However, this boost smoothing voltage EB is
[Expression 1]
Figure 0004218089
Can be represented by
Then, the relationship of L3 = L1 is obtained as the inductance of the winding N3 and the primary winding N1, and the rectified and smoothed voltage Ei, the drop voltage VF of the boost diode DB, and the saturation voltage V (SAT) of the switching element Q1. If the relationship of Ei >> VF, V (SAT) is established, the boost smooth voltage EB is based on the above (Equation 1),
[Expression 2]
Figure 0004218089
Will be shown. In this case, in the power supply circuit shown in FIG. 6, for example, the boost smoothing voltage is changed by changing the inductance LR of the controlled winding NR of the orthogonal transformer PRT in a range of 0.1 × L1 to 1.2 × L1. EB can be varied in a range of approximately Ei to 2Ei (Ei corresponds to the rectified and smoothed voltage level obtained at both ends of the smoothing capacitor Ci).
[0046]
In the connection form of the power supply circuit of the present embodiment, the controlled winding NR is inserted in series between the primary winding N1 and the positive electrode of the smoothing capacitor Ci via the boost rectifier diode DB. Therefore, the primary side parallel resonant circuit is formed including the inductance LR of the controlled winding NR. Therefore, in this case, the secondary side output is stabilized by controlling the pulse width of the resonance voltage Vcr as in the power supply circuit shown in FIG.
[0047]
In the present embodiment, the voltage resonance type switching converter including the switching element Q1 performs a switching operation using the boost smooth voltage EB as an operation power supply. That is, in the present embodiment, the apparent DC input voltage level to be supplied to the voltage resonance type switching converter is raised by the boost circuit. Since the DC input voltage level is raised by the operation of this boost circuit, the present embodiment supports the maximum load power almost equivalent to the configuration in which the DC input voltage is obtained by the voltage doubler rectifier circuit (that is, the conventional example). It becomes possible to do. As in the previous embodiments, the DC output voltage is obtained by the voltage doubler rectifier circuit using the secondary side series resonance operation. As a result, the maximum load power of about 200 W is obtained. It becomes possible to cope with.
In the present embodiment, the effects described in the first embodiment can be obtained similarly.
[0048]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit including a composite resonance type switching converter according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 1, FIG. 4, FIG. 6, FIG. 12, FIG. The same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0049]
In the power supply circuit shown in this figure, a center tap is provided as a primary winding and is divided into primary windings N1A (inductance L1A) and N1B (inductance L1B). This center tap terminal is connected to the line of the rectified and smoothed voltage Ei through a serial connection of the controlled winding NR (inductance LR) of the orthogonal control transformer PRT.
[0050]
The voltage resonance type converter shown in this figure has a separately-excited configuration having two switching elements Q1 and Q2. In this case, MOS-FETs are employed for the switching elements Q1, Q2.
In this case, the drain of the switching element Q1 is connected to the end of the primary winding N1A, and the source is grounded to the primary side ground. Further, between the drain and source of the switching element Q, a damper diode DD1 and a parallel resonance capacitor Cr1 that form a feedback current path at the time of switching off and a parallel resonance capacitor Cr1 are connected in parallel.
The drain of the switching element Q2 is connected to the end of the primary winding N1B, and the source is grounded to the primary side ground. Further, a damper diode DD2 and a parallel resonant capacitor Cr2 are connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2.
[0051]
The parallel resonance capacitor Cr1 forms a parallel resonance circuit in which the switching operation of the switching element Q1 is a voltage resonance type by its own capacitance and the combined inductance of the inductance L1A and the inductance LR.
Similarly, the parallel resonance capacitor Cr2 forms a parallel resonance circuit in which the switching operation of the switching element Q2 is a voltage resonance type by its own capacitance and the combined inductance of the inductance L1B and the inductance LR.
[0052]
In this connection form, two switching circuit systems are provided in which the switching elements Q1 and Q2 each perform a voltage resonance type switching operation. The switching output point of the switching elements Q1, Q2 is the center tap of the primary winding N1.
[0053]
The oscillation drive circuit 2 is activated by the activation resistor RS, and for example, oscillates and outputs a frequency signal corresponding to the switching frequency fs = 100 KHz, and generates a switching drive signal (drive voltage) based on this frequency signal. It is generated and applied to the gates of the switching elements Q1, Q2. At this time, the switching drive signals applied to the gates of the switching elements Q1 and Q2 are signals having opposite polarities that are inverted from each other.
[0054]
When the switching elements Q 1 and Q 2 are driven by the oscillation drive circuit 2, the switching elements Q 1 and Q 2 perform a switching operation at an on / off timing alternately, for example, at a switching frequency fs = 100 KHz.
That is, the switching operation by both of the switching elements Q1 and Q2 is a so-called push-pull operation, and for example, larger power can be supplied to the load side than in the so-called single-end operation by a single switching element. Thereby, in this Embodiment, it corresponds to the conditions of the heavy load more than the maximum load electric power 200W.
[0055]
In this case, since the controlled winding NR of the orthogonal control transformer PRT is connected to the primary winding, as in the power supply circuit shown in FIG. Constant voltage control is performed by PWM control of the resonance voltage obtained at both ends of the parallel connection circuit of the parallel resonance capacitor.
[0056]
Even with the configuration shown in FIG. 7, the effect obtained by the combined resonance converter and the effect obtained by obtaining the DC input voltage using the equal voltage rectifier circuit can be obtained in the same manner as in the previous embodiments. It is.
[0057]
In the description of the embodiments so far, the case where a single bipolar transistor (BJT) or a MOS-FET is adopted as the switching element Q1 (and Q2) is taken as an example. As a form, it is also possible to employ a switching circuit or a switching element as described below instead of the switching element Q1 (Q2).
FIG. 8 shows an example in which a circuit in which two bipolar transistors Q11 and Q12 are connected in a Darlington connection is used in place of the switching element Q1 (Q2).
As a connection form in this case, the collector of the transistor Q11 and the collector of the transistor Q12 are connected, the emitter of the transistor Q11 is connected to the emitter of the transistor Q12, and the emitter of the transistor Q12 is grounded. The anode of the damper diode DD1 is connected to the emitter of the transistor Q11, and the cathode of the damper diode DD1 is connected to the base of the transistor Q11 via the resistor R11. The damper diode DD2 has an anode connected to the emitter of the transistor Q12 and a cathode connected to the collector of the transistor Q12. The resistor R12 is connected in parallel to the base and emitter of the transistor Q12. In the Darlington connection circuit thus formed, the base of the transistor Q11 is equivalent to the base of the switching element Q1 (Q2) shown in each of the previous embodiments, and the collector contacts of the transistors Q11 and Q12 are connected to the switching element Q1 ( Equivalent to the collector of Q2). The emitter of the transistor Q12 is equivalent to the emitter of the switching element Q1 (Q2).
[0058]
Further, when the single-end operation is performed by one switching element Q1 as in the power supply circuits of FIGS. 1, 4, and 6 corresponding to the first to third embodiments, FIG. As shown in FIG. 5, a MOS-FET (MOS type field effect transistor; metal oxide semiconductor) can be used in place of the switching element Q1 of the bipolar transistor. When the MOS-FET is used, a Zener diode ZD for forming a feedback current path at the time of switching off is connected in parallel in the direction shown in the drawing between the drain and the source. That is, the anode is connected to the source of the MOS-FET, and the cathode is connected to the drain of the Zener diode ZD. In this case, the base, collector, and emitter of the switching element Q1 described in each of the previous embodiments are replaced with the gate, drain, and source of the MOS-FET, respectively. Further, when the MOS-FET is used, it is necessary to perform voltage driving instead of current driving by adopting a separately excited configuration as shown in FIG.
[0059]
FIG. 10 shows an example in which an IGBT (insulated gate bipolar transistor) is used instead of the switching element Q1 (Q2). A diode D for forming a feedback current path when switching off is connected in parallel between the collector and the emitter of the IGBT. Here, the anode and cathode of the diode D are connected to the collector and emitter of the IGBT, respectively.
In this circuit, the base, collector, and emitter of the switching element Q1 (Q2) shown in each of the previous embodiments are replaced with the gate, collector, and emitter of the IGBT, respectively.
[0060]
FIG. 12 shows an example in which an SIT (electrostatic induction thyristor) is used in place of the switching element Q1 (Q2). Also between the collector and emitter of this SIT, a diode D for forming a feedback current path when switching off is connected in parallel, and the anode and cathode of the diode D are connected to the cathode and anode of the SIT, respectively. Is done.
Even when any of the configurations shown in FIGS. 8 to 12 is adopted, the present embodiment can further increase the efficiency. When the configuration shown in FIGS. 8 to 12 is adopted, although not shown here, the configuration of the drive circuit is changed so as to be adapted to the configuration to be actually used instead of the switching element Q1 (Q2). It does not matter.
Further, the details of the configuration shown in each of the above drawings as an embodiment may be changed according to actual use conditions and the like.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, as a switching power supply circuit, a voltage resonance type switching converter is provided on the primary side, and the insulating converter transformer is loosely coupled, so that the mutual inductance of the primary winding and the secondary winding is reduced. The operation modes (+ M / −M) in which the polarities are opposite to each other are obtained. Further, on the secondary side, a secondary side series resonance circuit is connected in series to the secondary winding to form a series resonance circuit, and a voltage doubler full-wave rectifier circuit using this series resonance circuit is provided. The secondary side DC output voltage corresponding to twice the alternating voltage (excitation voltage) obtained in the secondary winding is obtained.
[0062]
As a result of supplying power to the load by the voltage doubler full-wave rectifier circuit as described above, the present invention can cope with, for example, the case of obtaining a secondary side DC output voltage of the same magnification by a half wave rectifier circuit as in the prior art. It is possible to improve the maximum possible load power.
As a result, the primary side is not a voltage doubler rectifier circuit, but a normal full-wave rectifier circuit is configured to input a rectified and smoothed voltage having a level corresponding to the AC input voltage level. It will be possible to respond.
[0063]
The following can be said from the above configuration.
For example, conventionally, when the above conditions are met, it is necessary to obtain a rectified and smoothed voltage corresponding to twice the AC input voltage level by the voltage doubler rectifier circuit. For this reason, the switching element and the primary side parallel resonance are required. As the capacitor, it was necessary to select a withstand voltage product corresponding to the switching voltage generated according to the rectified smoothing voltage level.
Further, in the prior art, the DC output voltage is generated by the half-wave rectifier circuit on the secondary side, so that the rectified smoothing voltage is about 2.5 to 3.5 times the rectified smoothing voltage in the non-conduction period of the rectifier diode. Since a voltage is applied, a pressure-resistant product corresponding to this voltage level has been selected.
[0064]
On the other hand, in the present invention, the switching voltage depending on the rectified and smoothed voltage level is ½ that of the conventional one. Therefore, the conventional withstand voltage product of about ½ is used for the switching element and the primary side resonance capacitor. Can do.
On the secondary side, as described above, a voltage doubler full wave rectifier circuit is provided. Here, the voltage doubler full wave rectifier circuit is a full wave that performs rectification operation in both periods where the alternating voltage is positive / negative. As a result of the rectifying operation, the voltage applied to the rectifying diode is suppressed to be approximately equal to the rectified smoothing voltage level, so that a secondary rectifying diode having a lower withstand voltage can be selected.
As a result, it is possible to reduce costs for the switching element, the primary side parallel resonant capacitor, the secondary side rectifier diode, and the like. In addition, it is possible to easily select a switching element and a secondary side rectifier diode with improved characteristics and set a high switching frequency, thereby improving power conversion efficiency. It is also possible to reduce the size and weight of the circuit components around the switching element.
In addition, as described above, the circuit for obtaining the rectified and smoothed voltage from the commercial AC power supply is a normal equal voltage rectifier circuit, so that, for example, a normal set of block-type smoothing capacitors and bridge rectifier diodes are employed. Therefore, also in this respect, cost reduction and circuit scale reduction can be achieved. Furthermore, the number of turns of the controlled winding is reduced, and the orthogonal control transformer used for constant voltage control can be reduced in size and weight and cost can be reduced.
[0065]
Further, according to the present invention, a double voltage full-wave rectifier circuit is adopted for the rectifier circuit provided on the secondary side, so that, for example, it is possible to obtain a DC output voltage of the same level as when an equal voltage rectifier circuit is provided. For example, the number of turns of the secondary winding can be reduced to about ½ of the conventional number.
Further, in the configuration of the present invention, the stabilization operation of the secondary output can be ensured by the inductance variable range of the controlled winding which is narrower than before, so that the number of turns of the controlled winding can be reduced and the orthogonal control transformer It is possible to achieve a reduction in size and weight and cost.
[0066]
Furthermore, if a configuration that performs a push-pull operation as the switching means is adopted, it is possible to further increase the load power that can be handled with a relatively simple circuit configuration.
[0067]
Further, the switching element can be configured by a Darlington circuit formed with a bipolar transistor, or a MOS field effect transistor, an insulated gate bipolar transistor, or an electrostatic induction thyristor. The power conversion efficiency can be further improved as compared with the case where the switching means is formed by a single bipolar transistor.
[0068]
As described above, according to the present invention, the power circuit including the voltage resonance converter can be reduced in cost, reduced in size and weight, and improved in various characteristics such as power conversion efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of an insulating converter transformer of the power supply circuit according to the present embodiment.
FIG. 3 is a waveform diagram showing an operation of a main part of the power supply circuit according to the first embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply circuit according to a second embodiment of the present invention.
5 is an explanatory diagram showing a relationship between a switching frequency with respect to a secondary side series resonance frequency and a secondary side DC output voltage of the circuit shown in FIG. 4; FIG.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration as a modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration as a modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration as a modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration as a modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a conventional example.
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a conventional example.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of an insulating converter transformer as a conventional example.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing each operation when the mutual inductance is + M / −M.
16 is a waveform diagram showing an operation of a main part in the power supply circuit shown in FIGS. 12 and 13. FIG.
[Explanation of symbols]
1. Control circuit, 2. Oscillation / drive circuit, Ci, CiB smoothing capacitor, Cr parallel resonance capacitor, Cs1, Cs2 secondary side series resonance capacitor, Di bridge rectification circuit, D01, D02, D03, D04 Rectifier diode, PIT Insulation converter transformer , PRT Orthogonal control transformer, NC control winding, NR controlled winding, Q1, Q2 switching element, DB boost diode, N3 (boost) winding

Claims (9)

商用交流電源を入力して、この商用交流電源レベルの等倍に対応するレベルの整流平滑電圧を生成して直流入力電圧として出力する整流平滑手段と、
疎結合とされる所要の結合係数が得られるようにギャップが形成され、一次側出力を二次側に伝送するために設けられる絶縁コンバータトランスと、
スイッチング素子を備えて、上記直流入力電圧を断続して上記絶縁コンバータトランスの一次巻線に出力するようにされたスイッチング手段と、
少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線を含む漏洩インダクタンス成分と共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成されて、上記スイッチング手段の動作を電圧共振形とする一次側共振回路と、
上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に対して二次側直列共振コンデンサを直列に接続することで、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記二次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって直列共振回路を形成する二次側直列共振回路と、
整流電流経路に対して上記二次側直列共振コンデンサを挿入して形成され、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に得られる交番電圧を入力して倍電圧全波整流動作を行って、入力電圧レベルのほぼ2倍に対応する二次側直流出力電圧を得るように構成された二次側整流ダイオードを有する直流出力電圧生成手段と、
上記絶縁コンバータトランスの上記二次巻線と上記二次側直列共振コンデンサとの間に接続される被制御巻線と、該被制御巻線とその巻回方向が直交するようにされた制御巻線とが巻装される直交型制御トランスと、
上記二次側直流出力電圧のレベルに応じた大きさの制御電流を上記制御巻線に流して上記被制御巻線のインダクタンスを変化させることで上記二次側整流ダイオードの導通角を可変制御して定電圧制御を行う制御回路と、
備えるスイッチング電源回路。
Rectifying and smoothing means for inputting a commercial AC power supply, generating a rectified and smoothed voltage having a level corresponding to the same magnification as the level of the commercial AC power supply, and outputting it as a DC input voltage;
An insulating converter transformer provided to form a gap so as to obtain a required coupling coefficient to be loosely coupled, and to transmit the primary side output to the secondary side;
Switching means comprising a switching element, wherein the DC input voltage is intermittently output to the primary winding of the insulating converter transformer;
A primary side resonance circuit which is formed by at least a leakage inductance component including a primary winding of the insulating converter transformer and a capacitance of a resonance capacitor, and the operation of the switching means is a voltage resonance type;
By connecting a secondary side series resonant capacitor in series with the secondary winding of the insulation converter transformer, the leakage inductance component of the secondary winding of the insulation converter transformer and the capacitance of the secondary series resonance capacitor A secondary side series resonant circuit that forms a series resonant circuit with
The secondary side series resonant capacitor is inserted into the rectified current path, and the alternating voltage obtained at the secondary winding of the isolation converter transformer is input to perform a double voltage full wave rectification operation. DC output voltage generating means having a secondary side rectifier diode configured to obtain a secondary side DC output voltage corresponding to approximately twice the level;
A controlled winding connected between the secondary winding of the insulating converter transformer and the secondary side series resonant capacitor, and a controlled winding in which the controlled winding and the winding direction thereof are orthogonal to each other. An orthogonal control transformer around which a wire is wound;
The conduction angle of the secondary rectifier diode is variably controlled by flowing a control current having a magnitude corresponding to the level of the secondary DC output voltage to the control winding to change the inductance of the controlled winding. A constant voltage control circuit ,
Switching power supply circuit comprising a.
上記スイッチング手段は、自励式によりスイッチング動作を行うための自励発振駆動回路を備える請求項1に記載のスイッチング電源回路。It said switching means, the switching power supply circuit according to claim 1, further comprising a self-oscillation driving circuit for performing a switching operation by self-excited. 上記スイッチング手段は、他励式によりスイッチング動作を行うための駆動回路を備える請求項1に記載のスイッチング電源回路。Said switching means, the switching power supply circuit according to claim 1, further comprising a driving circuit for performing a switching operation by a separately excited. 上記スイッチング手段は、スイッチング素子としてバイポーラトランジスタを備えて形成される請求項1に記載のスイッチング電源回路。The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching unit includes a bipolar transistor as a switching element. 上記スイッチング手段は、バイポーラトランジスタを備えて形成されるダーリントン回路を1つのスイッチング素子として用いるように構成される請求項1に記載のスイッチング電源回路。2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching means is configured to use a Darlington circuit formed with a bipolar transistor as one switching element. 上記スイッチング手段は、スイッチング素子としてMOS型電界効果トランジスタを備える請求項1に記載のスイッチング電源回路。It said switching means, the switching power supply circuit according to claim 1, further comprising a MOS field effect transistor as a switching element. 上記スイッチング手段は、スイッチング素子として絶縁ゲートバイポーラトランジスタを備えて形成される請求項1に記載のスイッチング電源回路。The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching means includes an insulated gate bipolar transistor as a switching element. 上記スイッチング手段は、スイッチング素子として静電誘導サイリスタを備えて形成される請求項1に記載のスイッチング電源回路。The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching unit includes an electrostatic induction thyristor as a switching element. 上記スイッチング手段は2組とされて、プッシュプルによるスイッチング動作が得られるように構成される請求項1に記載のスイッチング電源回路。It said switching means being two sets, switching power supply circuit according to claim 1 so that the switching operation by the push-pull is achieved.
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