JP2000152618A - Switching power supply circuit - Google Patents

Switching power supply circuit

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JP2000152618A
JP2000152618A JP10319388A JP31938898A JP2000152618A JP 2000152618 A JP2000152618 A JP 2000152618A JP 10319388 A JP10319388 A JP 10319388A JP 31938898 A JP31938898 A JP 31938898A JP 2000152618 A JP2000152618 A JP 2000152618A
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switching element
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a switching power supply circuit, reduce its weight, and reduce costs by compositively controlling the conduction angle between the resonance impedance and the switching element of a primary side parallel resonance circuit, and performing the constant-voltage control of a secondary side output voltage. SOLUTION: Since parts with low breakdown voltage can be used for a switching element Q1, a parallel resonance capacitor Cr, and a secondary side rectification diode, elements can be inexpensive. Therefore, those with improved characteristics (those with improved characteristics of saturation voltage, accumulation time, descent time, current amplification rate, and the like for the switching element Q1 and those with improved characteristics of forward voltage drop, inverse recovery time, and the like for the rectification diode), for example, for the switching element Q1 and the bridge rectification circuit can be selected. By this sort of improvement in characteristics, a switching frequency can be set highly, power loss can be reduced, and each kind of parts can be miniaturized and the weight can be reduced.

Description

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

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

【従来の技術】スイッチング電源回路として、例えばフ
ライバックコンバータやフォワードコンバータなどの形
式のスイッチングコンバータを採用したものが広く知ら
れている。これらのスイッチングコンバータはスイッチ
ング動作波形が矩形波状であることから、スイッチング
ノイズの抑制には限界がある。また、その動作特性上、
電力変換効率の向上にも限界があることが分かってい
る。そこで、先に本出願人により、各種共振形コンバー
タによるスイッチング電源回路が各種提案されている。
共振形コンバータは容易に高電力変換効率が得られると
共に、スイッチング動作波形が正弦波状となることで低
ノイズが実現される。また、比較的少数の部品点数によ
り構成することができるというメリットも有している。
2. Description of the Related Art As a switching power supply circuit, a circuit employing a switching converter of a type such as a flyback converter or a forward converter is widely known. Since these switching converters have a rectangular switching operation waveform, there is a limit in suppressing switching noise. Also, due to its operating characteristics,
It has been found that there is a limit in improving the power conversion efficiency. Therefore, the present applicant has previously proposed various switching power supply circuits using various resonance type converters.
The resonance type converter can easily obtain high power conversion efficiency and realize low noise because the switching operation waveform is sinusoidal. It also has the advantage that it can be configured with a relatively small number of parts.

【0003】図10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15
0W以上の条件に対応するものとされる。
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a switching power supply circuit that can be constructed based on the invention 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 U.S.
This corresponds to a condition of 0 W or more.

【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2
Ei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AC1
00V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。
In the switching power supply circuit shown in FIG. 1, a so-called voltage doubler rectification circuit comprising rectification diodes Di1, Di2 and smoothing capacitors Ci1, Ci2 is provided as a rectification / smoothing circuit for rectifying / smoothing the commercial AC power supply AC. Be provided. In this voltage doubling rectifier circuit, for example, if a DC input voltage corresponding to one time the peak value of the AC input voltage VAC is Ei, the DC input voltage
Generate Ei. For example, if the AC input voltage VAC is 144V, the DC input voltage 2Ei is about 400V. As described above, the reason why the voltage doubler rectifier circuit is employed as the rectifier / smoothing circuit is that the AC input voltage is AC1
The reason is that it is compatible with a relatively heavy load condition of a 00V system and a maximum load power of 150 W or more. That is, by increasing the DC input voltage to twice the normal value, 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. . In the voltage doubler rectifier circuit shown in this figure, an inrush current limiting resistor Ri is inserted in the rectified current path, for example, so as to suppress the inrush current flowing into the smoothing capacitor when the power is turned on. I have.

【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N
B,共振コンデンサCB ,ベース電流制限抵抗RB の直
列接続回路よりなる自励発振駆動用の共振回路が接続さ
れる。また、スイッチング素子Q1 のベースと平滑コン
デンサCiの負極(1次側アース)間に挿入されるクラ
ンプダイオードDD により、スイッチング素子Q1 のオ
フ時に流れるダンパー電流の経路を形成するようにされ
ており、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。
The voltage-resonant type switching converter shown in FIG. 1 has a self-excited type provided with a single switching element Q1. In this case, a high withstand voltage bipolar transistor (BJT;
Junction type transistor). The base of the switching element Q1 is connected to the positive side of the smoothing capacitor Ci1 (rectified smoothed voltage 2Ei) via a starting resistor RS so that a base current at the time of starting can be obtained from the rectified smoothing line. An inductor LB and a detection drive winding N are provided between the base of the switching element Q1 and the temporary ground.
A self-excited oscillation driving resonance circuit comprising a series connection circuit of B, a resonance capacitor CB and a base current limiting resistor RB is connected. A clamp diode DD inserted between the base of the switching element Q1 and the negative electrode (primary ground) of the smoothing capacitor Ci forms a path for a damper current flowing when the switching element Q1 is off. , The collector of switching element Q1 is connected to one end of primary winding N1 of insulating converter transformer PIT, and the emitter is grounded.

【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、後述する直交型絶縁コン
バータトランスPRTの一次巻線N1側のリーケージイ
ンダクタンスL1 、及びチョークコイルPCCのインダ
クタLcの直列接続により得られる合成インダクタンス
(L1+Lc)とにより電圧共振形コンバータの一次側
並列共振回路を形成する。そして、ここでは詳しい説明
を省略するが、スイッチング素子Q1 のオフ時には、こ
の並列共振回路の作用によって共振コンデンサCrの両
端電圧Vcrは、実際には正弦波状のパルス波形となっ
て電圧共振形の動作が得られるようになっている。
A parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel between the collector and the emitter of the switching element Q1. This parallel resonance capacitor Cr
Is a voltage resonance type converter based on its own capacitance and a combined inductance (L1 + Lc) obtained by series connection of a leakage inductance L1 on the primary winding N1 side of an orthogonal insulation converter transformer PRT described later and an inductor Lc of a choke coil PCC. To form a primary parallel resonance circuit. Although the detailed description is omitted here, when the switching element Q1 is turned off, the voltage Vcr across the resonance capacitor Cr actually becomes a sinusoidal pulse waveform due to the action of the parallel resonance circuit, and the voltage resonance type operation is performed. Is obtained.

【0007】チョークコイルPCCは、インダクタLc
と検出駆動巻線NBをトランス結合した構成を採ってい
る。検出駆動巻線NBは、直交型絶縁コンバ−タトラン
スPRTの一次巻線N1 からインダクタLcに伝達され
たスイッチング出力により、スイッチング周期に対応す
る交番電圧が励起される。
[0007] The choke coil PCC has an inductor Lc.
And the detection drive winding NB are transformer-coupled. In the detection drive winding NB, an alternating voltage corresponding to the switching period is excited by the switching output transmitted from the primary winding N1 of the orthogonal type insulated converter transformer PRT to the inductor Lc.

【0008】直交型絶縁コンバ−タトランスPRT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
送すると共に、二次側出力の定電圧制御を行う機能を有
する。この直交型絶縁コンバ−タトランスPRTは、例
えば図11に示すように、4本の磁脚を有する2つのダ
ブルコの字型コア201,202の互いの磁脚の端部を
接合するようにして形成される立体型コア200が備え
られる。そして、この立体型コア200の所定の2本の
磁脚に対して一次巻線N1,二次巻線N2を同じ巻回方向
により巻装し、更に、制御巻線NCを、一次巻線N1,二
次巻線N2に対して直交する巻回方向となるようにして
所定の2本の磁脚に対して巻装していることで、可飽和
リアクトルとして構成される。この場合、ダブルコの字
型コア201,202の互いの磁脚の対向面は接合して
おり、ギャップは形成されていない。
The orthogonal type insulation converter transformer PRT is
It has a function of transmitting the switching output of the switching element Q1 to the secondary side and performing constant voltage control of the secondary side output. For example, as shown in FIG. 11, the orthogonal type insulating converter transformer PRT is formed by joining the ends of two magnetic legs of two double U-shaped cores 201 and 202 having four magnetic legs. A three-dimensional core 200 is provided. Then, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound around predetermined two magnetic legs of the three-dimensional core 200 in the same winding direction, and the control winding NC is connected to the primary winding N1. , And wound around two predetermined magnetic legs so that the winding direction is orthogonal to the secondary winding N <b> 2, thereby constituting a saturable reactor. In this case, the opposing surfaces of the magnetic legs of the double U-shaped cores 201 and 202 are joined, and no gap is formed.

【0009】上記直交型絶縁コンバ−タトランスPRT
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チョークコイルP
CCのインダクタLcの直列接続を介して平滑コンデン
サCiの正極(整流平滑電圧2Ei)と接続されてい
る。
The above-mentioned orthogonal type insulated converter transformer PRT
One end of the primary winding N1 is connected to the collector of the switching element Q1, and the other end is connected to the choke coil P1 as shown in the figure.
It is connected to the positive electrode (rectified and smoothed voltage 2Ei) of the smoothing capacitor Ci via the series connection of the inductor Lc of CC.

【0010】直交型絶縁コンバータトランスPRT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、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2と
二次側並列共振コンデンサC2のキャパシタンスとによ
って並列共振回路が形成される。この並列共振回路によ
り、二次巻線N2に励起される交番電圧は共振電圧とな
る。つまり二次側において電圧共振動作が得られる。上
記ようにして形成される二次側の並列共振回路に対して
は、二次巻線N2に対してセンタータップを設けた上
で、整流ダイオードDO1,DO2,DO3,DO4及び平滑コ
ンデンサCO1,CO2を図のように接続することで、[整
流ダイオードDO1,DO2,平滑コンデンサCO1]の組
と、[整流ダイオードDO3,DO4,平滑コンデンサCO
2]の組とによる、2組の全波整流回路が設けられる。
[整流ダイオードDO1,DO2,平滑コンデンサCO1]か
ら成る全波整流回路は二次側並列共振回路から供給され
る共振電圧を入力して直流出力電圧EO1を生成し、[整
流ダイオードDO3,DO4,平滑コンデンサCO2]から成
る全波整流回路も同様に、二次側並列共振回路から供給
される共振電圧を入力して直流出力電圧EO2を生成す
る。なお、この場合には、直流出力電圧EO1及び直流出
力電圧EO2は制御回路1に対しても分岐して入力され
る。制御回路1においては、直流出力電圧EO1を検出電
圧として利用し、直流出力電圧EO2を制御回路1の動作
電源として利用する。
On the secondary side of the orthogonal type insulated converter transformer PRT, an alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2. In this case, the secondary parallel resonance capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2, so that the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 and the capacitance of the secondary parallel resonance capacitor C2 are determined. A parallel resonance circuit is formed. The alternating voltage excited by the secondary winding N2 by this parallel resonance circuit becomes a resonance voltage. That is, a voltage resonance operation is obtained on the secondary side. For the secondary parallel resonance circuit formed as described above, a center tap is provided for the secondary winding N2, and the rectifier diodes DO1, DO2, DO3, DO4 and the smoothing capacitors CO1, CO2 are provided. As shown in the figure, a set of [rectifier diodes DO1, DO2, smoothing capacitor CO1] and [rectifier diodes DO3, DO4, smoothing capacitor CO1]
2], two sets of full-wave rectifier circuits are provided.
A full-wave rectifier circuit composed of [rectifier diodes DO1, DO2, smoothing capacitor CO1] receives a resonance voltage supplied from the secondary parallel resonance circuit to generate a DC output voltage EO1, and generates a [rectifier diode DO3, DO4, smoother. Similarly, the full-wave rectifier circuit composed of the capacitor CO2] receives the resonance voltage supplied from the secondary parallel resonance circuit and generates the DC output voltage EO2. In this case, the DC output voltage EO1 and the DC output voltage EO2 are also branched and input to the control circuit 1. In the control circuit 1, the DC output voltage EO1 is used as a detection voltage, and the DC output voltage EO2 is used as an operation power supply of the control circuit 1.

【0011】制御回路1は、例えば二次側の直流電圧出
力EO1のレベルに応じてそのレベルが可変される直流電
流を、直交型絶縁コンバータトランスPRTの制御巻線
NCに供給することにより次に述べるようにして定電圧
制御を行う。
The control circuit 1 supplies a DC current, the level of which is varied according to the level of the DC voltage output EO1 on the secondary side, to the control winding NC of the quadrature-type insulating converter transformer PRT, for example. The constant voltage control is performed as described.

【0012】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EO1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
を所要の範囲で変化させる。制御巻線NC は、直交型絶
縁コンバ−タトランスPRTに巻装されていることか
ら、可飽和リアクトルである直交型絶縁コンバ−タトラ
ンスPRTにおいては漏洩インダクタンス(L1,L2)
が変化する動作が得られる。前述のように、一次巻線N
1のリーケージインダクタンスL1は一次側の並列共振回
路を形成し、二次巻線N2のリーケージインダクタンス
L2は二次側の並列共振回路を形成するのであるが、上
記のようにして、制御巻線NC に流れる制御電流が可変
されることで、上記インダクタンスL1,L2が共に可変
制御されることになる。この動作によって一次側と二次
側の共振インピーダンスが変化するために、一次側から
二次側に伝達されるスイッチング出力も変化するのであ
るが、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「並列共振周波数制御方式」という
ことにする。
For example, when the DC output voltage EO1 on the secondary side fluctuates with the fluctuation of the AC input voltage VAC or the load power, the control circuit 1 changes the control current flowing through the control winding NC within a required range. . Since the control winding NC is wound around the orthogonal type insulated converter transformer PRT, the leakage inductance (L1, L2) in the orthogonal type insulated converter transformer PRT which is a saturable reactor.
Is obtained. As described above, the primary winding N
The leakage inductance L1 of 1 forms a parallel resonance circuit on the primary side and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 forms a parallel resonance circuit on the secondary side. , The inductances L1 and L2 are variably controlled. This operation changes the resonance impedance of the primary side and the secondary side, so that the switching output transmitted from the primary side to the secondary side also changes. As a result, the output of the secondary side DC voltage (EO1, EO2) changes. A constant voltage is achieved. Note that such a constant voltage control method is hereinafter referred to as a “parallel resonance frequency control method”.

【0013】また、図12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スイッチ
ング電源回路の他の例を示す。この図に示す電源回路も
図10に示した電源回路と同様に、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。また、一次側には1石のスイッチング素子Q
1による自励式の電圧共振形コンバータが備えられる。
なお、図12において、図10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。
FIG. 12 is a circuit diagram showing another example of a switching power supply circuit that can be constructed based on the invention proposed by the present applicant. Similarly to the power supply circuit shown in FIG. 10, the power supply circuit shown in this figure is a system in which a commercial AC power supply in Japan or the United States is a so-called AC 100 V system and corresponds to a condition that the maximum load power is 150 W or more. On the primary side, one switching element Q
A self-excited voltage resonant converter according to 1 is provided.
In FIG. 12, the same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and the description of the parts having the same configuration will be omitted.

【0014】この図に示すスイッチング電源回路におい
ては、直交型制御トランスPRTが備えられる。この直
交型制御トランスPRTは、図13に示すように、4本
の磁脚を有する2つのダブルコの字型コア201,20
2の互いの磁脚の端部を接合するようにして形成される
立体型コア200が備えられる。そして、この立体型コ
ア200の所定の2本の磁脚に対して被制御巻線NRを
所定ターン数巻装し、更に、この被制御巻線NRの巻回
方向と直交するようにして所定の2本の磁脚に対して制
御巻線NCを巻装することで可飽和リアクトルとして構
成される。この直交型制御トランスPRTは1つの可変
インダクタンス素子としてみることができ、例えば図1
1に示した直交型絶縁コンバータトランスPRTよりも
サイズとしては小型となる。
The switching power supply circuit shown in FIG. 1 includes an orthogonal control transformer PRT. As shown in FIG. 13, this orthogonal control transformer PRT has two double U-shaped cores 201, 20 having four magnetic legs.
There is provided a three-dimensional core 200 formed so as to join the ends of the two magnetic legs. Then, the controlled winding NR is wound around the predetermined two magnetic legs of the three-dimensional core 200 by a predetermined number of turns, and furthermore, a predetermined winding is performed so as to be orthogonal to the winding direction of the controlled winding NR. The control winding NC is wound around the two magnetic legs to form a saturable reactor. This orthogonal control transformer PRT can be viewed as one variable inductance element.
The size is smaller than the orthogonal insulation converter transformer PRT shown in FIG.

【0015】この場合、被制御巻線NRは、平滑コンデ
ンサCi1の正極端子と絶縁コンバータトランスPIT
の一次巻線N1との間に直列に挿入される。従って、こ
の図に示す電源回路では、絶縁コンバータトランスPI
Tの一次巻線N1側のリーケージインダクタンスL1 と
被制御巻線NRのインダクタンスLRの直列接続により得
られる合成インダクタンス(L1+LR)と、並列共振コ
ンデンサCrのキャパシタンスとにより、一次側のスイ
ッチング動作を電圧共振形とするための並列共振回路を
形成する。
In this case, the controlled winding NR is connected between the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1 and the insulating converter transformer PIT.
Is inserted in series with the primary winding N1. Therefore, in the power supply circuit shown in FIG.
The primary-side switching operation is performed by the voltage resonance by the combined inductance (L1 + LR) obtained by connecting the leakage inductance L1 on the primary winding N1 side of the T and the inductance LR of the controlled winding NR in series, and the capacitance of the parallel resonance capacitor Cr. Form a parallel resonant circuit to shape.

【0016】この図に示す絶縁コンバータトランスPI
Tは、例えば図14に示すようにして、フェライト材に
よる2つのE型コア101,102によりEE型コア1
00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、実際には分割ボビンを利用して一次巻線N1(及び
検出駆動巻線NB)、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。
The insulation converter transformer PI shown in FIG.
T is an EE-type core 1 formed by two E-type cores 101 and 102 made of a ferrite material, for example, as shown in FIG.
00 is formed. At this time, no gap is formed in the center magnetic leg as shown in the figure. Then, the primary winding N1 (and the detection driving winding NB) and the secondary winding N2 are actually wound around the center magnetic leg in a divided state using a divided bobbin. . Thereby, the primary winding N1
And the secondary winding N2 are loosely coupled (for example, a coupling coefficient k ≒ 0.
The state of 9) is obtained.

【0017】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。この図
に示す回路では、一次巻線N1 、二次巻線N2 の極性は
加極性モードとなっている。
In the isolated converter transformer PIT, the polarities (winding direction) of the primary winding N1 and the secondary winding N2 are set.
And the connection of the rectifier diodes DO (DO1, DO2), the mutual inductance M between the inductance L1 of the primary winding N1 and the inductance L2 of the secondary winding N2 becomes + M (additive polarity mode). M (depolarized mode) in some cases. For example, FIG.
15B, the mutual inductance becomes + M, and in the operation when the connection form shown in FIG. 15B is adopted, the mutual inductance becomes -M. In the circuit shown in this figure, the polarities of the primary winding N1 and the secondary winding N2 are in an additive polarity mode.

【0018】この場合にも、絶縁コンバータトランスP
ITの二次巻線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。
In this case, the insulation converter transformer P
A parallel resonance circuit is formed by connecting a secondary parallel resonance capacitor C2 in parallel to the IT secondary winding N2. The alternating voltage excited by the secondary winding N2 is converted into a resonance voltage by the parallel resonance circuit. The resonance voltage is converted into a half-wave rectification circuit including a rectifier diode DO1 and a smoothing capacitor CO2, a rectifier diode DO2 and a smoothing capacitor CO2.
And two sets of half-wave rectifier circuits. Then, the DC output voltages EO1 and EO2 are obtained by these two sets of half-wave rectifier circuits, respectively. The rectifier diodes DO1 and DO2 forming the half-wave rectifier circuit use a high-speed rectifier to rectify the alternating voltage in the switching cycle.

【0019】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。
For example, when the DC output voltage EO2 on the secondary side fluctuates with the fluctuation of the AC input voltage VAC or the load power, the control circuit 1 controls the control current flowing through the control winding NC to a range of, for example, 10 mA to 40 mA. To change. Thus, the inductance LR of the controlled winding NR is changed in a range of, for example, 0.1 mH to 0.6 mH.

【0020】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(P
ulse Width Moduration)制御動作が得られる。共振パル
ス幅の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、ここでは、「一次側電圧共振パルス幅制御方
式」ということにする。
Since the controlled winding NR forms a parallel resonance circuit for obtaining a voltage-resonant switching operation as described above, this parallel resonance circuit is not controlled for a fixed switching frequency. The resonance condition of the circuit is changed. 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. That is, PWM (P
(ulse Width Moduration) control operation is obtained. The PWM control of the resonance pulse width is control of the off-period of the switching element Q1, which means that the on-period of the switching element Q1 is variably controlled under a condition of a fixed switching frequency. By variably controlling the ON period of the switching element Q1 in this manner,
The switching output transmitted from the primary winding N1 forming the parallel resonance circuit to the secondary side changes, and the output level of the DC output voltage (EO1, EO2) on the secondary side also changes. As a result, the secondary DC voltage (EO1, EO2) can be made constant. In addition, such a constant voltage control method is herein referred to as a “primary-side voltage resonance pulse width control method”.

【0021】また、図16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スイッチ
ング電源回路の他の例を示す。なお、図16において、
図10及び図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N
R,NR1のインダクタンス成分(LR,LR1)を含んで形
成されることになる。
FIG. 16 is a circuit diagram showing another example of a switching power supply circuit which can be constructed based on the invention proposed by the present applicant. In FIG. 16,
The same parts as those in FIGS. 10 and 12 are denoted by the same reference numerals, and the description of the parts having the same configuration will be 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, two controlled windings NR and NR1 are wound and provided as controlled windings of the orthogonal control transformer PRT, and the controlled winding NR is connected to an end of the secondary winding N2. The rectifier diode DO1 is connected so as to be inserted in series between the anodes. Also, the controlled winding NR1
Is inserted in series between the tap output of the secondary winding N2 and the anode of the rectifier diode DO2. In such a connection form, the secondary parallel resonance circuit
It is formed to include the inductance components (LR, LR1) of R and NR1.

【0022】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,NR1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。
As described above, in the case where the controlled windings (NR, NR1) of the orthogonal control transformer PRT are provided on the secondary side, the inductance of the controlled windings NR, NR1 is determined as an inductance control method. Is varied, so that the pulse width of the resonance voltage V2 of the secondary parallel resonance capacitor C2, that is, the conduction angle of the secondary rectifier diode is variably controlled. As a result, constant voltage control is achieved by controlling the output level obtained on the secondary side.

【0023】なお、この図に示す電源回路に備えられる
絶縁コンバータトランスPITは、先に図14に示した
構造と同様とされる。また、直交型制御トランスPRT
についても、被制御巻線NR1が、制御巻線NCと直交す
る巻回方向により追加的に巻装される点を除いては、図
13と同様の構造を採る。但し、図12に示す電源回路
の直交型制御トランスPRTの場合には、被制御巻線N
Rが一次側に挿入されるために、二次側と直流的に接続
される制御巻線NCとの絶縁距離を確保しなければなら
ない分、相応のサイズを要求されるが、図16に示す電
源回路の直交型制御トランスPRTでは被制御巻線NR1
が二次側に設けられるために、制御巻線NCとの絶縁距
離が不要となるため、直交型制御トランスPRTのサイ
ズをより小型なものとすることが出来る。
The insulating converter transformer PIT provided in the power supply circuit shown in this figure has the same structure as that shown in FIG. Also, an orthogonal control transformer PRT
13 has the same structure as that of FIG. 13 except that the controlled winding NR1 is additionally wound in a winding direction orthogonal to the control winding NC. However, in the case of the orthogonal control transformer PRT of the power supply circuit shown in FIG.
In order to insert R into the primary side, an insulation distance between the secondary side and the control winding NC which is DC-connected must be ensured, and a corresponding size is required. In the orthogonal control transformer PRT of the power supply circuit, the controlled winding NR1
Is provided on the secondary side, so that an insulating distance from the control winding NC is not required, so that the size of the orthogonal control transformer PRT can be made smaller.

【0024】[0024]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図10
〜図16を参照して説明した構成によるスイッチング電
源回路では、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、実際には、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Q
1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。また、電源回路
内に備えられるトランスや、駆動回路系等に備えられる
コンデンサが大型化して高価となり、回路の小型軽量化
及び低コスト化の妨げになる。
The above-mentioned FIG.
In the switching power supply circuit having the configuration described with reference to FIG. 16, since the AC input voltage VAC corresponds to the AC 100 V system and the maximum load power is 150 W or more, the DC input voltage of 2Ei level is I'm trying to get. Therefore, actually, a resonance voltage Vcr of 1800 V is generated between both ends of the switching element Q1 and the parallel resonance capacitor Cr when the switching Q1 is off. Therefore, for the switching element Q1 and the parallel resonance capacitor Cr, it is required to select a high withstand voltage product of 1800V. Therefore, the switching element Q
1 and the parallel resonance capacitor Cr are correspondingly large. In particular, when a high withstand voltage product is selected for the switching element Q1, the switching frequency should be set high because the saturation voltage VCE (SAT), the accumulation time tSTG, the fall time tf are large, and the current amplification factor hFE is small. Becomes difficult. When the switching frequency is low, the switching loss and the drive power increase, so that the power loss of the power supply circuit increases accordingly. Further, a transformer provided in a power supply circuit and a capacitor provided in a drive circuit system and the like are large and expensive, which hinders reduction in size and weight of the circuit and cost reduction.

【0025】また、図10、図12、及び図16に示し
た何れの定電圧制御方式においても、一次側と二次側を
分離する(直交型)絶縁コンバータトランスPIT(P
RT)は、ギャップが形成されないことで得られる所要
の結合度を有しており、その上で、一次巻線N1又は二
次巻線N2に対して直列に、チョークコイルの巻線(イ
ンダクタ)Lc或いは直交型制御トランスPRTの被制
御巻線NRが接続される。このため、電源回路内におけ
る漏洩インダクタンス成分が増加する。この漏洩インダ
クタンス成分の増加は即ち漏洩磁束の増加につなり、負
荷側の電子回路等に影響を及ぼす可能性がある。そこで
実際には、漏洩磁束の影響を小さくするために、例えば
スイッチングコンバータ回路全体を通風穴が形成された
アルミニウム製のシールドケースに収納し、入出力はコ
ネクターを設けて接続するという構造を採っている。こ
のような構造の点においても、回路の小型軽量化及び低
コスト化が妨げられており、また、製造時間も相応に長
くなっていた。
In any of the constant voltage control systems shown in FIGS. 10, 12 and 16, the (orthogonal type) insulated converter transformer PIT (P
RT) has the required degree of coupling obtained by not forming a gap, and then, in series with the primary winding N1 or the secondary winding N2, a winding (inductor) of a choke coil Lc or the controlled winding NR of the orthogonal control transformer PRT is connected. Therefore, the leakage inductance component in the power supply circuit increases. This increase in the leakage inductance component leads to an increase in the leakage magnetic flux, which may affect an electronic circuit or the like on the load side. Therefore, in practice, in order to reduce the influence of the leakage magnetic flux, for example, the entire switching converter circuit is housed in an aluminum shield case with ventilation holes formed, and the input and output are connected by providing connectors. I have. Also in such a structure, reduction in size and weight and cost of the circuit have been hindered, and the manufacturing time has been correspondingly long.

【0026】[0026]

【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、共振形電源回路の小型軽量化及び低
コスト化の促進、更には製造能率の向上と、電力変換効
率等をはじめとする共振形電源回路としての諸特性の向
上を図ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in consideration of the above-described problems, and has been made to promote reduction in size and weight and cost of a resonance type power supply circuit, as well as improvement in manufacturing efficiency and power conversion efficiency. It is an object of the present invention to improve various characteristics as a resonance type power supply circuit.

【0027】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て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、直流入力電
圧をスイッチング素子により断続して絶縁コンバータト
ランスの一次巻線に出力するようにされたスイッチング
手段と、少なくとも絶縁コンバータトランスの一次巻線
を含む漏洩インダクタンス成分と並列共振コンデンサの
キャパシタンスとによって形成されてスイッチング手段
の動作を電圧共振形とする一次側並列共振回路と、絶縁
コンバータトランスの二次巻線に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生成可能に
構成された直流出力電圧生成手段と、二次側直流出力電
圧のレベルに応じてスイッチング素子のスイッチング周
波数を可変することで、一次側並列共振回路の共振イン
ピーダンスとスイッチング素子の導通角を複合的に制御
するようにして、二次側出力電圧に対する定電圧制御を
行うように構成された定電圧制御手段とを備えてスイッ
チング電源回路を構成することとした。
For this reason, the rectifying / smoothing means which receives a commercial AC power supply, generates a rectified smoothed voltage having a level corresponding to the same level as the commercial AC power supply level, and outputs the same as a DC input voltage is loosely coupled. An insulating converter transformer provided with a gap so as to obtain a required coupling coefficient and transmitting the primary output to the secondary side, and a primary winding of the insulating converter transformer intermittently connecting a DC input voltage by a switching element. And a primary side parallel resonance circuit formed by a leakage inductance component including at least the primary winding of the insulated converter transformer and the capacitance of the parallel resonance capacitor to make the operation of the switching means a voltage resonance type. And a secondary side series resonance capacitor in series with the secondary winding of the isolated converter transformer. A secondary side series resonance circuit that forms a series resonance circuit by connecting the leakage inductance component of the secondary winding of the insulated converter transformer and the capacitance of the secondary side series resonance capacitor, and a secondary side with respect to the rectified current path A secondary side that is formed by inserting a series resonance capacitor and performs alternating voltage full-wave rectification by inputting an alternating voltage obtained to the secondary winding of an insulating converter transformer, and corresponding to almost twice the input voltage level DC output voltage generating means configured to generate a DC output voltage, and by changing the switching frequency of the switching element according to the level of the secondary DC output voltage, the resonance impedance of the primary side parallel resonance circuit and the switching element Constant voltage control means configured to perform a constant voltage control on the secondary side output voltage by controlling the conduction angle of the It was possible to configure the switching power supply circuit comprises and.

【0028】上記構成によれば、一次側に対して電圧共
振形コンバータを備えたうえで、絶縁コンバータトラン
スを疎結合とし、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る。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。また、上記構成
による定電圧制御の構成では、二次側出力電圧レベルに
応じてスイッチング周波数を変化させることで、一次側
並列共振回路の共振インピーダンスと上記スイッチング
素子の導通角を同時に制御し、この複合的な制御動作に
よって結果的に制御感度の向上を図っている。
According to the above configuration, the voltage-resonant converter is provided for the primary side, the isolation converter transformer is loosely coupled, and the secondary-side series resonance circuit and the voltage doubler full-wave rectifier circuit are provided on the secondary side. As a result, a secondary-side DC output voltage is generated to supply power to the load. In other words, a required load condition is basically met by providing a voltage doubler full-wave rectifier circuit on the secondary side. Accordingly, the primary side is not provided with a voltage doubler rectifier circuit but with a full-wave rectifier circuit that generates a rectified smoothed voltage corresponding to one time of the AC input voltage level. Further, in the configuration of the constant voltage control according to the above configuration, by changing the switching frequency according to the secondary side output voltage level, the resonance impedance of the primary side parallel resonance circuit and the conduction angle of the switching element are simultaneously controlled. As a result, the control sensitivity is improved by the composite control operation.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】図1の回路図は、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10,図12及び図16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10,図
12及び図16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。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit according to a first embodiment of the present invention. In the power supply circuit shown in this figure, as in the case of FIGS. 10, 12 and 16 described above, a self-excited voltage resonance type switching by one switching element (bipolar transistor) is applied to the primary side. A converter is provided. In this figure, the same parts as those in FIGS. 10, 12, and 16 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0030】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を入力して直流入力電
圧を得るための整流平滑回路として、ブリッジ整流回路
Di及び平滑コンデンサCiからなる全波整流回路が備
えられ、交流入力電圧VACの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、図
1に示すようにして、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を生成する整流回路を「等
倍電圧整流回路」ともいうことにする。
In the power supply circuit according to the present embodiment shown in this figure, as a rectifying / smoothing circuit for receiving an AC input voltage VAC and obtaining a DC input voltage, a full-wave circuit comprising a bridge rectifier circuit Di and a smoothing capacitor Ci. A rectifier circuit is provided to generate a rectified 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 related art. In this specification, a rectifier circuit that generates a rectified smoothed voltage Ei corresponding to one time of the level of the AC input voltage VAC as shown in FIG. 1 is also referred to as an “equal voltage rectifier circuit”. .

【0031】この図に示す直交型制御トランスPRT
は、検出巻線ND,駆動巻線NB,及び制御巻線NCが巻
装された可飽和リアクトルである。この直交型制御トラ
ンスPRTの構造としては、図2に示すようにして、4
本の磁脚を有する2つのダブルコの字型コア201,2
02の互いの磁脚の端部を接合するようにして立体型コ
ア200を形成する。そして、この立体型コア200の
所定の2本の磁脚に対して、同じ巻回方向に検出巻線N
D,駆動巻線NBを巻装し、更に制御巻線NCを、上記検
出巻線ND,駆動巻線NBに対して直交する方向に巻装し
て構成される。ここで、検出巻線ND,駆動巻線NB,制
御巻線NCの各巻数(ターン数)としては、例えば検出
巻線ND=1T(ターン)、駆動巻線NB=3T,制御巻
線NC=1000Tとされている。なお、本実施の形態
の直交型制御トランスPRTとしては、例えば7gr程
度に小型軽量化されている。
The orthogonal control transformer PRT shown in FIG.
Is a saturable reactor on which a detection winding ND, a drive winding NB, and a control winding NC are wound. The structure of the orthogonal control transformer PRT is, as shown in FIG.
Two U-shaped cores 201, 2 having two magnetic legs
The two-dimensional core 200 is formed so that the ends of the magnetic legs 02 are joined to each other. Then, the detection winding N is applied to the predetermined two magnetic legs of the three-dimensional core 200 in the same winding direction.
D, the drive winding NB is wound, and the control winding NC is wound in a direction orthogonal to the detection winding ND and the drive winding NB. Here, as the number of turns (number of turns) of the detection winding ND, the drive winding NB, and the control winding NC, for example, the detection winding ND = 1T (turn), the drive winding NB = 3T, and the control winding NC = It is 1000T. The orthogonal control transformer PRT of the present embodiment is reduced in size and weight, for example, to about 7 gr.

【0032】この場合、直交型制御トランスPRTの検
出巻線NDは、平滑コンデンサCiの正極と絶縁コンバ
ータトランスPITの一次巻線N1との間に直列に挿入
されることで、スイッチング素子Q1のスイッチング出
力は、一次巻線N1を介して検出巻線NDに伝達される。
直交型制御トランスPRTにおいては、検出巻線NDに
得られたスイッチング出力により駆動巻線NBが励起さ
れて、駆動巻線NBに交番電圧が発生する。この交番電
圧は、自励発振駆動回路における駆動電圧の源となる。
In this case, the detection winding ND of the orthogonal control transformer PRT is inserted in series between the positive electrode of the smoothing capacitor Ci and the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT, so that the switching of the switching element Q1 is performed. The output is transmitted to the detection winding ND via the primary winding N1.
In the orthogonal control transformer PRT, the drive winding NB is excited by the switching output obtained from the detection winding ND, and an alternating voltage is generated in the drive winding NB. This alternating voltage becomes a source of a driving voltage in the self-excited oscillation driving circuit.

【0033】また、制御回路1によって、二次側直流出
力電圧レベルの変化に応じて、制御巻線NCに流す制御
電流(直流電流)レベルが可変されることで、直交型制
御トランスPRTに巻装された駆動巻線NBのインダク
タンスLBが可変制御される。これにより、駆動巻線NB
のインダクタンスLBを含んで形成されるスイッチング
素子Q1のための自励発振駆動回路内の直列共振回路の
共振条件が変化する。これは、後に図4にて説明するよ
うに、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数を可
変する動作となるが、この動作によって二次側直流出力
電圧を安定化する作用を有する。
The control circuit 1 varies the level of the control current (DC current) supplied to the control winding NC in accordance with the change in the secondary-side DC output voltage level, thereby winding the control coil PRT on the orthogonal control transformer PRT. The inductance LB of the mounted drive winding NB is variably controlled. Thereby, the driving winding NB
The resonance condition of the series resonance circuit in the self-excited oscillation drive circuit for the switching element Q1 formed including the inductance LB changes. This is an operation of changing the switching frequency of the switching element Q1, as will be described later with reference to FIG. 4. This operation has an effect of stabilizing the secondary-side DC output voltage.

【0034】本実施の形態における絶縁コンバータトラ
ンスPITは、図3に示すように、例えばフェライト材
によるE型コア101,102を互いの磁脚が対向する
ように組み合わせたEE型コア100が備えられ、この
EE型コア100の中央磁脚に対して、実際には一次側
と二次側とで巻装部が分割された分割ボビンを利用して
一次巻線N1と、二次巻線N2(及びN2A)をそれぞれ分
割した状態で巻装している。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10
1,102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14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≒0.8
5とされる。
As shown in FIG. 3, the insulating converter transformer PIT according to the present embodiment is provided with an EE-type core 100 in which E-type cores 101 and 102 made of, for example, a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other. With respect to the center magnetic leg of the EE type core 100, actually, a primary winding N1 and a secondary winding N2 (using a divided bobbin in which a winding portion is divided into a primary side and a secondary side). And N2A) are wound separately. In the present embodiment, a gap G is formed for the center magnetic leg as shown in the figure. This gap G is the E-shaped core 10
The central magnetic legs 1, 102 can be formed by forming them shorter than the two outer magnetic legs. As a result, for example, a loose coupling is achieved by a coupling coefficient smaller than that of the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 14 as a conventional example, so that a saturated state is hardly obtained. As the coupling coefficient k in this case, for example, k ≒ 0.8
5 is assumed.

【0035】本実施の形態の絶縁コンバータトランスP
ITの二次巻線N2は、後述するようにして従来とは異
なる巻数により巻装される。この二次巻線N2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C
s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C
O1の負極側は二次側アースに対して接続される。また、
この場合には、二次巻線N2とは独立して二次巻線N2A
が巻装されてい。この二次巻線N2Aに対してはセンター
タップをアースに接地したうえで、整流ダイオードDO
3,DO4及び平滑コンデンサCO2からなる全波整流回路
が接続されることで、直流出力電圧EO2を生成する。
Insulated converter transformer P of the present embodiment
The secondary winding N2 of the IT is wound with a different number of windings from the conventional one as described later. One end of the secondary winding N2 is connected to the secondary side ground, and the other end is a series resonance capacitor C.
s is connected to the connection point of the anode of the rectifier diode DO1 and the cathode of the rectifier diode DO2 via the series connection of s. 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. Smoothing capacitor C
The negative side of O1 is connected to the secondary side ground. Also,
In this case, the secondary winding N2A is independent of the secondary winding N2.
Is wound. For the secondary winding N2A, the center tap is grounded to ground, and the rectifier diode DO is
The DC output voltage EO2 is generated by connecting a full-wave rectifier circuit composed of 3, DO4 and a smoothing capacitor CO2.

【0036】このような接続形態では結果的に、[直列
共振コンデンサCs,整流ダイオードDO1,DO2、平滑
コンデンサCO1]の組から成る倍電圧全波整流回路が形
成されていることになる。ここで、直列共振コンデンサ
Csは、自身のキャパシタンスと二次巻線N2の漏洩イ
ンダクタンス成分(L2)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。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(電
流共振動作)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。
As a result, in such a connection form, a voltage doubler full-wave rectifier circuit composed of a set of [series resonance capacitor Cs, rectifier diodes DO1, DO2, smoothing capacitor CO1] is formed. Here, the series resonance capacitor Cs 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 (L2) of the secondary winding N2. That is, the power supply circuit of the present embodiment is provided with a parallel resonance circuit for performing a voltage resonance type switching operation on the primary side and performing a voltage doubler full-wave rectification operation (current resonance operation) on the secondary side. A series resonant circuit is provided for obtaining.
In the present specification, such a switching converter configured to operate with a resonance circuit provided on the primary side and the secondary side is also referred to as a “composite resonance type switching converter”.

【0037】図4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り、図4(a)〜(g)は、最
大負荷電力(Pomax)、最小保証交流入力電圧(V
ACmin)時における各部の動作波形を示し、図4
(h)〜(n)は、それぞれ、最小負荷電力(Pomi
n)、最大保証交流入力電圧(VAC max)時におけ
る図4(a)〜(g)と同一部の動作波形を示すもので
ある。
FIG. 4 is a waveform diagram showing the operation of the main part of the power supply circuit having the configuration shown in FIG. 1. FIGS. 4 (a) to 4 (g) show the maximum load power (Pomax) and the minimum guaranteed AC input voltage. (V
FIG. 4 shows operation waveforms of various parts at the time of AC min).
(H) to (n) respectively show the minimum load power (Pomi)
n) and the operation waveforms of the same parts as in FIGS. 4A to 4G at the time of the maximum guaranteed AC input voltage (VAC max).

【0038】この場合、スイッチング素子Q1のための
自励発振駆動回路によって、スイッチング素子Q1のベ
ースには図4(d)(k)に示すように、ベース電流
(駆動電流)IBが流れる。この駆動電流IBによって、
スイッチング素子Q1は、スイッチング動作を行う。こ
の際、スイッチング素子Q1のコレクタに流れるコレク
タ電流Icpは、図4(c)(j)に示す波形が得られ
る。また、スイッチング素子Q1//並列共振コンデン
サCrの並列接続回路の両端には、図4(a)(h)に
示すようにして、この並列共振回路の作用によって並列
共振電圧Vcrが発生する。この並列共振電圧Vcr
は、図のように、スイッチング素子Q1がオンとなる期
間TONは0レベルで、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、電圧共振形として
の動作に対応している。
In this case, a base current (drive current) IB flows through the base of the switching element Q1 as shown in FIGS. 4D and 4K by the self-excited oscillation driving circuit for the switching element Q1. By this driving current IB,
The switching element Q1 performs a switching operation. At this time, the collector current Icp flowing to the collector of the switching element Q1 has the waveforms shown in FIGS. As shown in FIGS. 4A and 4H, a parallel resonance voltage Vcr is generated at both ends of the parallel connection circuit of the switching element Q1 // parallel resonance capacitor Cr as shown in FIGS. This parallel resonance voltage Vcr
As shown in the figure, a period TON in which the switching element Q1 is on is 0 level, and a waveform of a sine wave pulse is obtained in the period TOFF in which the switching element Q1 is off, which corresponds to the operation as a voltage resonance type.

【0039】上記のような一次側のスイッチング動作に
より、一次巻線N1にはスイッチング出力が得られる。
この動作は、図4(b)(i)の一次巻線N1に得られ
るスイッチング出力電流I1として示され、電圧共振形
の動作により正弦波に近い滑らかな波形が得られてい
る。
By the switching operation on the primary side as described above, a switching output is obtained on the primary winding N1.
This operation is shown as the switching output current I1 obtained in the primary winding N1 in FIGS. 4B and 4I, and a smooth waveform close to a sine wave is obtained by the voltage resonance type operation.

【0040】上記のようにして一次側に得られたスイッ
チング出力は二次巻線N2に励起される。そして、二次
側においては、前述した[直列共振コンデンサCs,整
流ダイオードDO1,DO2、平滑コンデンサCO1]の組に
より、次のようにして倍電圧全波整流動作を得る。
The switching output obtained on the primary side as described above is excited by the secondary winding N2. Then, on the secondary side, the voltage doubler full-wave rectification operation is obtained as follows by the above-mentioned set of [series resonance capacitor Cs, rectifier diodes DO1, DO2, and smoothing capacitor CO1].

【0041】ここで、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N2との極性が−Mとなる減
極性モードで動作して、二次巻線N2の漏洩インダクタ
ンスL2と直列共振コンデンサCs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
I3(図4(f)(m))を直列共振コンデンサCsに
対して充電する動作が得られる。図4(g)(n)は、
整流ダイオードDO2の両端電圧V2を示す。
Here, during a period T1 in which the rectifier diode DO1 is turned off and the rectifier diode DO2 is turned on, the rectifier diode DO1 operates in the reduced polarity mode in which the polarity of the primary winding N1 and the secondary winding N2 is -M. The rectified current I3 (FIG. 4 (f) (m)) rectified by the rectifier diode DO2 is charged to the series resonance capacitor Cs by the series resonance effect of the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 and the series resonance capacitor Cs. Operation is obtained. FIG. 4 (g) (n)
5 shows a voltage V2 across the rectifier diode DO2.

【0042】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N2との極
性が+Mとなる加極性モードとなり、二次巻線N2に誘
起された電圧に直列共振コンデンサCsの電位が加わる
という直列共振(電流共振)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。このと
き、整流ダイオードDO1を介して平滑コンデンサCO1に
充電される整流電流I2は、図4(e)(l)に示す波
形となる。この波形を、図4(f)(m)に示す整流ダ
イオードDO2により整流した整流電流I3と比較して分
かるように、整流電流I2は、整流電流I3よりもレベル
が増加している。これは、上記したように直列共振コン
デンサCsの電位が加わる整流動作であることに起因し
ている。
Then, during the period T2 in which the rectifier diode DO2 is turned off and the rectifier diode DO1 is turned on and the rectification operation is performed, the polarity mode of the primary winding N1 and the secondary winding N2 is + M. The smoothing capacitor CO1 is charged in a state where series resonance (current resonance) occurs in which the potential of the series resonance capacitor Cs is added to the voltage induced in the secondary winding N2. At this time, the rectified current I2 charged in the smoothing capacitor CO1 via the rectifier diode DO1 has a waveform shown in FIGS. As can be seen by comparing this waveform with the rectified current I3 rectified by the rectifier diode DO2 shown in FIGS. 4F and 4M, the level of the rectified current I2 is higher than that of the rectified current I3. This is due to the rectification operation in which the potential of the series resonance capacitor Cs is applied as described above.

【0043】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N2
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。つまり、本実施の形態では、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
うにしており、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。
As described above, the polarity mode (+ M;
By performing the rectification operation using both the forward operation) and the depolarization mode (-M; flyback operation), the secondary winding N2 in the smoothing capacitor CO1 is performed.
, A DC output voltage EO1 corresponding to almost twice the induced voltage is obtained. That is, in the present embodiment, the secondary side DC output voltage is obtained by performing the double voltage full-wave rectification by using the state in which the mutual inductance is in the operation mode of + M and -M, and the load is accordingly increased. The power supplied to the side also increases, thereby increasing the maximum load power.

【0044】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3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。
As described above with reference to FIG. 3, the configuration for obtaining the above-mentioned voltage doubler full-wave rectification operation is to form a gap G with respect to the insulating converter transformer PIT to achieve loose coupling by a required coupling coefficient. This is achieved by obtaining a state that is more unlikely to be saturated.
For example, when the gap G is not provided for the insulating converter transformer PIT as in the related art, there is a high possibility that the insulating converter transformer PIT becomes saturated during flyback operation and the operation becomes abnormal. It is difficult to desirably perform the voltage doubling rectification operation as described in the first embodiment.

【0045】また、上記のように、二次巻線N2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、本実施の形態の回路形態の場
合、二次側の倍電圧全波整流回路を形成する整流ダイオ
ードDO1,DO2にかかる電圧は、図4(g)(n)に示
す波形から分かるように、オフ時において、二次側出力
電圧(EO1)のレベルにクランプされる。このため、実
際の二次側出力電圧EO1=135Vであるとすると、整
流ダイオードDO1,DO2については、150Vの耐圧品
を用いることが出来る。
Further, as described above, by providing the voltage doubler full-wave rectifier circuit for performing the rectification operation in both the positive and negative periods of the excitation voltage of the secondary winding N2, in the case of the circuit form of this embodiment, As can be seen from the waveforms shown in FIGS. 4 (g) and 4 (n), the voltage applied to the rectifier diodes DO1, DO2 forming the secondary-side voltage doubler full-wave rectifier circuit is the secondary-side output voltage (EO1) when turned off. ) Clamped to the level. Therefore, assuming that the actual secondary-side output voltage EO1 is 135 V, a 150 V withstand voltage product can be used for the rectifier diodes DO1 and DO2.

【0046】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N2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。
Further, since the secondary side DC output voltage is obtained by the voltage doubler rectifier circuit, for example, the same level as the secondary side DC output voltage obtained by the equal voltage rectifier circuit (half-wave rectifier circuit) is obtained. In order to obtain, the number of turns of the secondary winding N2 of the present embodiment is 1 / of that in the related art. This reduction in the number of turns leads to a reduction in the size and weight of the insulating converter transformer PIT and a reduction in cost.

【0047】また、本実施の形態の電源回路では、これ
までの説明から分かるように、一次側には電圧共振形コ
ンバータ(並列共振回路)を備え、二次側には直列共振
回路及び倍電圧全波整流回路を備えた複合共振形スイッ
チングコンバータとされている。ここで図5に、本実施
の形態における、スイッチング周波数fsと二次側直流
出力電圧EO(E01,E02)との関係を示す。この場合
には横軸にスイッチング周波数をとり、縦軸に二次側直
流出力電圧EOのレベルをとっている。破線により示す
共振曲線は、図12に示した電源回路における特性を示
している。この図から分かるように、例えば、負荷変動
に応じて二次側直流出力電圧EO=135Vとなるよう
に定電圧化するためには、スイッチング周波数fsを7
5KHz〜225KHzのΔ150KHzの範囲で制御
する必要がある。但し、前述したように、図12に示し
た電源回路の構成そのままでは、耐圧の関係でスイッチ
ング素子Q1のスイッチング周波数は、50KHz程度
が限度である。これに対して、図1の回路では、実線に
よる共振曲線として示すように、スイッチング周波数f
sを100KHz〜175KHzのΔ75KHzの範囲
で制御すればよく、その制御範囲は、約1/2程度に抑
えられている。また、後述するようにして、本実施の形
態では、スイッチング周波数の高周波化は容易に実現す
ることが出来る。
Further, in the power supply circuit of this embodiment, as can be understood from the above description, the primary side is provided with the voltage resonance type converter (parallel resonance circuit), and the secondary side is provided with the series resonance circuit and the voltage doubler. It is a composite resonant switching converter having a full-wave rectifier circuit. Here, FIG. 5 shows the relationship between the switching frequency fs and the secondary side DC output voltage EO (E01, E02) in the present embodiment. In this case, the horizontal axis indicates the switching frequency, and the vertical axis indicates the level of the secondary side DC output voltage EO. A resonance curve indicated by a broken line indicates characteristics in the power supply circuit illustrated in FIG. As can be seen from this figure, for example, in order to make the secondary side DC output voltage EO = 135 V in accordance with the load fluctuation, the switching frequency fs is set to 7
It is necessary to control in a range of Δ150 KHz from 5 KHz to 225 KHz. However, as described above, the switching frequency of the switching element Q1 is limited to about 50 KHz because of the withstand voltage in the power supply circuit shown in FIG. On the other hand, in the circuit shown in FIG. 1, the switching frequency f
s may be controlled in a range of 100 KHz to 175 KHz in the range of 75 KHz, and the control range is suppressed to about 1/2. Further, as described later, in the present embodiment, a higher switching frequency can be easily realized.

【0048】上記のようにして本実施の形態においてス
イッチング周波数の制御範囲が縮小されるのは、次のよ
うな理由による。本実施の形態においては、制御回路1
及び直交型制御トランスから成る定電圧制御回路系の動
作によって、スイッチング素子Q1のスイッチング周波
数を可変制御することで定電圧制御作用を有することは
前に述べたとおりである。この動作は図4にも示されて
おり、例えば図4(a)(c)(d)と、図4(h)
(J)(k)の各波形(Vcr,Icp,IB)を比較
して分かるように、スイッチング周波数を可変するのに
あたり、この回路では、スイッチング素子Q1がオフと
なる期間TOFFは一定とされたうえで、オンとなる期間
TONを可変制御するようにしている。つまり、本実施の
形態では、定電圧制御動作として、スイッチング周波数
を可変制御するように動作することで、スイッチング出
力に対する共振インピーダンス制御を行い、これと同時
に、スイッチング周期におけるスイッチング素子の導通
角制御(PWM制御)も行っているものと見ることが出
来る。そして、この複合的な制御動作を1組の制御回路
系によって実現している。実際には、図4(a)(c)
(d)に示す動作波形が対応するPomax、VAC m
in時に対して、図4(h)(J)(k)に示す動作波
形が対応するPomin、VAC max時では、期間T
ONは1/3程度に短縮する。これに伴い、平滑コンデン
サCiから電圧共振形コンバータに流入する電流I1の
電流量も、図4(b)→図4(i)の遷移として示すよ
うに、ほぼ1/3に制限されることになるので、制御感
度は向上して実質的な制御範囲は拡大されるものであ
る。これにより、前述したように、スイッチング周波数
の可変幅は従来よりも小さくて済むものである。
The reason why the control range of the switching frequency is reduced in the present embodiment as described above is as follows. In the present embodiment, the control circuit 1
As described above, the switching voltage of the switching element Q1 is variably controlled by the operation of the constant voltage control circuit system including the quadrature control transformer. This operation is also shown in FIG. 4, for example, FIGS. 4 (a), 4 (c), 4 (d) and 4 (h).
(J) As can be seen by comparing the waveforms (Vcr, Icp, IB) of (k), in changing the switching frequency, in this circuit, the period TOFF during which the switching element Q1 is turned off is fixed. In addition, the ON period TON is variably controlled. That is, in the present embodiment, as the constant voltage control operation, the resonance frequency control for the switching output is performed by operating to variably control the switching frequency. At the same time, the conduction angle control of the switching element in the switching cycle ( PWM control). This complex control operation is realized by a set of control circuit systems. Actually, FIGS. 4 (a) and 4 (c)
Pomax, VAC m corresponding to the operation waveform shown in (d)
In the case of Pomin and VAC max corresponding to the operation waveforms shown in FIGS.
ON is reduced to about 1/3. Accordingly, the amount of the current I1 flowing from the smoothing capacitor Ci to the voltage resonance type converter is also limited to approximately 1/3 as shown in the transition from FIG. 4B to FIG. 4I. Therefore, the control sensitivity is improved and the substantial control range is expanded. Thus, as described above, the variable width of the switching frequency can be smaller than in the related art.

【0049】また、図5においては、スイッチング周波
数に対して、一次側並列共振回路の並列共振周波数fo
1と、二次側直列共振回路の直列共振周波数fo2が示
されているが、ここで、例えば図のように、並列共振周
波数fo1と直列共振周波数fo2とを75KHzで等
しくなるようにインダクタンス、キャパシタンスを選定
すれば、共振インピーダンス差が小さくなって一次側か
ら二次側への伝送効率が高まるため、これによっても対
応可能な最大負荷電力を向上させることが出来る。
In FIG. 5, the switching frequency is changed by the parallel resonance frequency fo of the primary side parallel resonance circuit.
1 and the series resonance frequency fo2 of the secondary-side series resonance circuit are shown. Here, for example, as shown in the figure, the inductance and the capacitance are set so that the parallel resonance frequency fo1 and the series resonance frequency fo2 become equal at 75 KHz. Is selected, the resonance impedance difference is reduced and the transmission efficiency from the primary side to the secondary side is increased, so that the corresponding maximum load power can be improved.

【0050】また、これまでの説明のようにして最大負
荷電力の増加を図ってきていることで、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=14
4V時における整流平滑電圧Eiは200V程度とな
る。図4(a)(h)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10、
図12、図16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。また、先に述べたようにしてス
イッチング素子Q1の導通角が可変制御(PWM制御)
されることで、共振電圧Vcrのピーク値は交流入力電
圧VACの上昇に関わらずほぼ一定となるように制御され
る。この結果、本実施の形態の電源回路では、共振電圧
Vcrはピークで900V程度のレベルでほぼ一定に抑
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。
Further, since the maximum load power has been increased as described above, the present embodiment employs a double voltage rectification method as a rectifying and smoothing circuit for generating a DC input voltage. There is no need to cover the load power.
For this reason, as described with reference to FIG. 1, for example, the configuration of a normal equal-voltage rectifier circuit using a bridge rectifier circuit can be employed. Thereby, for example, the AC input voltage VAC = 14
The rectified smoothed voltage Ei at 4V is about 200V. The switching element Q1 // shown in FIGS.
The resonance voltage Vcr obtained at both ends of the parallel connection circuit of the secondary side parallel resonance capacitor Cr is generated when the switching element Q1 is turned off by the action of the primary side parallel resonance circuit on the rectified smoothed voltage Ei. In the present embodiment, as described above, the rectified smoothed voltage Ei is about 1/2
As a result, the resonance voltage Vcr is first set in FIG.
The resonance voltage Vcr (1800 V) generated in the conventional power supply circuit shown in FIGS. 12 and 16 can be suppressed to about 1/2. Also, as described above, the conduction angle of the switching element Q1 is variably controlled (PWM control).
As a result, the peak value of the resonance voltage Vcr is controlled to be substantially constant regardless of the rise in the AC input voltage VAC. As a result, in the power supply circuit of the present embodiment, the resonance voltage Vcr is suppressed to be substantially constant at a level of about 900 V at the peak. Therefore, in this embodiment, a 900 V withstand voltage product may be selected for the switching element Q1 and the parallel resonance capacitor Cr.

【0051】そして、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、及び二次側の整流
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tST
G、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V
F、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。
In this embodiment, since the switching element Q1, the parallel resonance capacitor Cr, and the rectifier diode on the secondary side can be used with a lower breakdown voltage than those conventionally required, only the elements are required. It will be cheaper. Therefore, for example, the switching element Q1 and the bridge rectifier circuit DO with improved characteristics (the saturation voltage VCE (SAT), the storage time tST
G, falling time tf, current amplification factor hFE, etc., or a rectifier diode with a forward voltage drop V
F, good characteristics such as the reverse recovery time trr) can be selected. Due to such improvement in characteristics, in the present embodiment, the switching frequency can be set higher than in the conventional case, and accordingly, reduction of power loss and reduction in size and weight of various components are promoted. That is, it is possible to improve various characteristics such as power conversion efficiency as compared with the related art, and to promote reduction in size, weight, and cost.

【0052】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。
Further, 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 a smoothing capacitor. However, in the present embodiment, for example, a full-wave rectifier circuit using a normal bridge rectifier circuit can be used, so that a set of a block-type smoothing capacitor and a bridge rectifier diode can be employed. Therefore, cost reduction and downsizing of parts can be achieved.

【0053】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が、こ
れによっても、定電圧制御感度の向上に寄与している。
Further, the number of turns of the primary winding N1 is reduced as compared with the conventional case by using the equal-size voltage rectifier circuit, but this also contributes to improvement of the constant voltage control sensitivity.

【0054】また、図10、図12又は図16に示した
電源回路では、一次巻線N1又は二次巻線N2に対してパ
ワーチョークコイルのインダクタ、或いは直交型制御ト
ランスPRTの被制御巻線NRが直列に接続されていた
のに対し、本実施の形態の電源回路では、一次巻線N1
又は二次巻線N2に対してはこれらの巻線が直列には接
続されない。図1においては、一次巻線N1に対して検
出巻線NDが直列に接続されているが、この検出巻線ND
の巻数は例えば1Tであり、絶縁コンバータトランスP
ITにおける漏洩インダクタンスの増加作用という点で
は無視できる程度のインダクタンス値しか有さない。こ
のため、スイッチングコンバータ(電源回路)全体とし
ての漏洩磁束の発生源は、絶縁コンバータトランスPI
Tのみとなり、漏洩磁束の対策としては、例えばトラン
ス本体に銅板のショートリングを施すのみで充分とな
り、例えば、図10、図12又は図16に示した電源回
路では必要とされていたアルミニウム製のシールドケー
スは不要となる。
In the power supply circuit shown in FIG. 10, FIG. 12, or FIG. 16, an inductor of a power choke coil for the primary winding N1 or the secondary winding N2, or a controlled winding of the orthogonal control transformer PRT. NR are connected in series, whereas in the power supply circuit of the present embodiment, the primary winding N1
Alternatively, these windings are not connected in series to the secondary winding N2. In FIG. 1, the detection winding ND is connected in series to the primary winding N1.
Is 1T, for example, and the insulation converter transformer P
It has a negligible inductance value in terms of the effect of increasing the leakage inductance in IT. For this reason, the generation source of the leakage magnetic flux as the entire switching converter (power supply circuit) is the insulation converter transformer PI
T, as a countermeasure against leakage magnetic flux, it is sufficient to provide, for example, a short ring made of a copper plate to the transformer main body. For example, aluminum is required in the power supply circuit shown in FIG. 10, FIG. 12, or FIG. No shield case is required.

【0055】例えば図1に示す電源回路の実際として、
最大負荷電力Pomax=200W、最小負荷電力Po
min=0Wとされ、交流入力電圧VACについてはVAC
=100V±20%の変動が有るとする条件に対して、
絶縁コンバータトランスPITのフェライトEE型コア
をEE35型としてギャップGの幅を1mmとし、更
に、一次巻線N1=50T、二次巻線N2=25T、並列
共振コンデンサCr=4700pF、二次側直列共振コ
ンデンサCs=0.1μFとした構成では、図5により
説明したように、スイッチング周波数fs=100KH
z〜250KHzの制御範囲によって二次側出力の安定
化が可能となり、最大負荷電力Pomax=200W、
交流入力電圧VAC=100Vの条件では、93%という
高い電力変換効率が得られた。
For example, as a practical example of the power supply circuit shown in FIG.
Maximum load power Pomax = 200W, minimum load power Po
min = 0 W, and the AC input voltage VAC is VAC
= 100V ± 20% fluctuation condition,
The ferrite EE type core of the insulating converter transformer PIT is EE35 type, the width of the gap G is 1 mm, the primary winding N1 = 50T, the secondary winding N2 = 25T, the parallel resonance capacitor Cr = 4700pF, the secondary side series resonance. In the configuration in which the capacitor Cs = 0.1 μF, as described with reference to FIG. 5, the switching frequency fs = 100 KH
The control range of z to 250 KHz makes it possible to stabilize the output of the secondary side, and the maximum load power Pomax = 200 W,
Under the condition of the AC input voltage VAC = 100 V, a high power conversion efficiency of 93% was obtained.

【0056】図6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を示す回路図である。な
お、この図において図1と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply circuit according to a second embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG.

【0057】この図に示す電源回路においては、先ず、
スイッチング素子Q1として、バイポーラトランジスタ
(BJT)Q11,Q12、ダンパーダイオード(ツェナー
ダイオード)DD1,ダンパーダイオードDD2、抵抗R1
1,R12を図のように接続して形成されるダーリントン
回路が備えられる。この場合の、上記ダーリントン回路
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の
エミッタと等価となる。
In the power supply circuit shown in FIG.
As the switching element Q1, bipolar transistors (BJT) Q11 and Q12, a damper diode (Zener diode) DD1, a damper diode DD2, and a resistor R1
1, a Darlington circuit formed by connecting R12 as shown. In this case, the connection mode of the Darlington circuit is such that the collector of the transistor Q11 is connected to the collector of the transistor Q12,
Is connected to the emitter of the transistor Q12, and the emitter of the transistor Q12 is grounded. Further, 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 anode of the damper diode DD2 is
The emitter is connected to the transistor Q12, and the cathode is connected to the collector of the transistor Q12. Resistance R12
Are connected in parallel between the base and the emitter of the transistor Q12. In the Darlington circuit thus formed, the base of the transistor Q11 is equivalent to the base of the switching element Q1 described in each of the above embodiments, and the collector contacts of the transistors Q11 and Q12 are equivalent to the collector of the switching element Q1. Become. Also,
The emitter of the transistor Q12 is equivalent to the emitter of the switching element Q1.

【0058】また、この場合には、スイッチング素子を
自励式により駆動するための自励発振回路は省略され、
代わりに発振・ドライブ回路2を備えた、他励式による
スイッチング駆動が行われる構成を採る。このため、本
実施の形態においては、絶縁コンバータトランスPIT
において巻線N4A,N4Bが設けられる。そして、巻線N
4A,整流ダイオードD1,コンデンサCAから成る半波整
流回路によって+12Vの直流電圧を生成すると共に、
巻線N4B,整流ダイオードD2,コンデンサCBから成る
半波整流回路によって−12Vの直流電圧を生成するよ
うにされる。そして、発振・ドライブ回路22に対して
は、上記+12V及び−12Vの直流電圧が動作電源と
して供給される。なお、本実施の形態としての絶縁コン
バータトランスPITの構造は、先に図3に示したコア
と同様の構造が採られればよい。但し、第1の実施の形
態とは、巻線N4A,N4Bが追加的に一次側に巻装される
点が異なる。
In this case, a self-excited oscillation circuit for driving the switching element in a self-excited manner is omitted.
Instead, a configuration in which the oscillation / drive circuit 2 is provided and switching driving by separately excited is performed is employed. For this reason, in the present embodiment, the isolated converter transformer PIT
Are provided with windings N4A and N4B. And winding N
A DC voltage of +12 V is generated by a half-wave rectifier circuit including 4A, rectifier diode D1, and capacitor CA.
A DC voltage of -12 V is generated by a half-wave rectifier circuit composed of a winding N4B, a rectifier diode D2, and a capacitor CB. The DC voltage of +12 V and −12 V is supplied to the oscillation / drive circuit 22 as an operation power supply. The structure of the insulating converter transformer PIT according to the present embodiment may be the same as the structure of the core shown in FIG. The difference from the first embodiment is that the windings N4A and N4B are additionally wound on the primary side.

【0059】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、所要のスイッチング
周波数fsを有する周期の発振信号を生成する。そし
て、+12V/−12Vの動作電源を利用することで、
上記発振信号をスイッチング周期ごとに正(オン)/負
(オフ)となるスイッチング駆動電流に変換してスイッ
チング素子Q1のベース端子に出力する。これによりス
イッチング素子Q1は所要のスイッチング周波数でもっ
てスイッチング動作を行うように駆動される。本実施の
形態のように、スイッチング素子Q1についてダーリン
トン回路を採用した場合には、例えばスイッチング素子
Q1が1石のバイポーラトランジスタとされる場合より
も更に高い電力変換効率が得られることになる。
The oscillation / drive circuit 2 is activated by an activation resistor RS, and generates an oscillation signal having a cycle having a required switching frequency fs. And, by using the operating power supply of + 12V / -12V,
The oscillating signal is converted into a positive (on) / negative (off) switching drive current for each switching cycle and output to the base terminal of the switching element Q1. As a result, the switching element Q1 is driven to perform a switching operation at a required switching frequency. When a Darlington circuit is employed for the switching element Q1 as in the present embodiment, higher power conversion efficiency can be obtained than when the switching element Q1 is a single bipolar transistor, for example.

【0060】この図に示す制御回路1では、例えば、検
出入力である二次側直流出力電圧EO1のレベルに応じて
可変されたレベルの直流信号(検出信号)を発振・ドラ
イブ回路2に対して供給するようにしている。ここで、
発振・ドライブ回路2においては、制御回路1から入力
された検出信号に応じて、スイッチング素子Q1のオフ
期間は一定として、オン期間を可変制御することによっ
てスイッチング周波数を可変するように構成すれば、図
4に示したのと同様の動作が得られることになり、図1
の電源回路と同様の効果が得られることになる。
In the control circuit 1 shown in this figure, for example, a DC signal (detection signal) having a level varied according to the level of the secondary DC output voltage EO1 as a detection input is sent to the oscillation / drive circuit 2. I am trying to supply. here,
In the oscillation / drive circuit 2, if the off-period of the switching element Q1 is made constant and the on-period is variably controlled to vary the switching frequency in accordance with the detection signal input from the control circuit 1, An operation similar to that shown in FIG. 4 is obtained, and FIG.
The same effect as that of the power supply circuit described above can be obtained.

【0061】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として、1石のバイポーラトラン
ジスタ(BJT)、或いは2本のバイポーラトランジス
タを備えたダーリントン回路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
なスイッチング素子をスイッチング素子Q1に代えて採
用することも可能である。
In the above description of the embodiments,
The case where a single bipolar transistor (BJT) or a Darlington circuit having two bipolar transistors is employed as the switching element Q1 has been described as an example, but the embodiment of the present invention will be described below. The switching element can be employed instead of the switching element Q1.

【0062】図7には、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)を使用した例が示されている。MO
S−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。
In FIG. 7, a MOS-FET (MOS type field effect transistor;
An example using a metal oxide semiconductor is shown. MO
When an S-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 figure 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, the collector, and the emitter of the switching element Q1 shown in the above embodiment are respectively the gate, the drain, and the MOS-FET.
Will be replaced by the source.

【0063】図8は、スイッチング素子Q1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I
GBT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。
FIG. 8 shows an example in which the switching element Q1 is replaced with
An example using an IGBT (insulated gate bipolar transistor) is shown. A diode D for forming a feedback current path at the time of 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 I
It is connected to the collector and emitter of the GBT.
In this circuit, the base, collector and emitter of the switching element Q1 shown in each of the above embodiments are respectively
Replaced by the gate, collector and emitter of the IGBT.

【0064】図9は、スイッチング素子Q1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。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のベース、コレクタ、エミ
ッタは、それぞれ、SITのゲート、アノード、カソー
ドに置き換わる。
FIG. 9 shows that the switching element Q1 is replaced with
An example using an SIT (static induction thyristor) is shown. Even between the collector and emitter of this SIT,
A diode D for forming a feedback current path at the time of switching off is connected in parallel, and an anode and a cathode of the diode D are connected to a cathode and an anode of the SIT, respectively. In this circuit, the base, collector and emitter of the switching element Q1 shown in each of the above embodiments are replaced with the gate, anode and cathode of the SIT, respectively.

【0065】上記図7〜図9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7〜図9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Q
1に代えて採られるべき素子の特質に適合するようにし
て、その駆動回路の構成が変更されるものであり、例え
ば、図6に示した構成に準じて、他励式の構成とするこ
とがその安定的な動作を期待する上では好ましい。例え
ば図7に示したMOS−FETであれば、他励式により
電圧駆動する構成を採ればよいものである。
In this embodiment, even if any of the configurations shown in FIGS. 7 to 9 is employed, it is possible to further increase the efficiency. In the case where the configuration shown in FIGS. 7 to 9 is employed, although not shown here, the switching element Q
The configuration of the drive circuit is changed so as to conform to the characteristics of the element to be adopted in place of 1. For example, a separately-excited configuration may be adopted in accordance with the configuration shown in FIG. It is preferable to expect the stable operation. For example, in the case of the MOS-FET shown in FIG.

【0066】[0066]

【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、二次巻線に対して二次側直列共振コンデンサを直列
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。
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 an insulating converter transformer is loosely coupled, so that a primary winding and a secondary winding are connected. An operation mode in which the mutual inductances of the windings have opposite polarities (+ M /-
M) is obtained. Further, on the secondary side, a secondary side series resonance capacitor is connected in series to the secondary winding to form a series resonance circuit, and a voltage doubler full-wave rectifier circuit using the series resonance circuit is provided. As a result, a secondary DC output voltage corresponding to twice the alternating voltage (excitation voltage) obtained in the secondary winding is obtained.

【0067】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
来のように全波整流回路又は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。
As described above, the power is supplied to the load by the voltage doubler full-wave rectifier circuit. As a result, in the present invention, for example, the secondary DC output of the same size is provided by the full-wave rectifier circuit or the half-wave rectifier circuit as in the related art. The maximum load power that can be handled can be improved as compared with the case where a voltage is obtained. Along with this, the primary side is not a voltage doubler rectifier circuit, but a full-wave rectifier circuit is used to input a rectified smoothed voltage at a level corresponding to the AC input voltage level. It will be able to respond.

【0068】また、二次側出力電圧を安定化する定電圧
制御のための構成として、二次側出力電圧レベルに応じ
てスイッチング周波数を変化させることで、電源回路内
のの共振インピーダンスと上記スイッチング素子の導通
角を複合的に制御するようにしている。
Further, as a configuration for constant voltage control for stabilizing the secondary output voltage, the switching frequency is changed in accordance with the secondary output voltage level, so that the resonance impedance in the power supply circuit and the switching The conduction angle of the element is controlled in a complex manner.

【0069】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、従来とし
て、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場合、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。
The following can be said from the above configuration.
For example, conventionally, in order to meet the above condition, it is necessary to obtain a rectified smoothed voltage corresponding to twice the AC input voltage level by a voltage doubler rectifier circuit. As the capacitor, it is necessary to select a withstand voltage product corresponding to the switching voltage generated according to the rectified smoothing voltage level. Conventionally, when a DC output voltage is generated by a half-wave rectifier circuit on the secondary side, a voltage that is approximately 2.5 to 3.5 times the rectified smoothed voltage during the non-conduction period of the rectifier diode. Therefore, a withstand voltage product corresponding to the voltage level is selected.

【0070】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。
On the other hand, in the present invention, the switching voltage depending on the rectified smoothing voltage level is reduced to half of the conventional switching voltage. Can be used. Further, on the secondary side, as described above, the voltage doubler full-wave rectifier circuit is provided. Here, the doubler voltage full-wave rectifier circuit performs a full-wave rectification operation during both positive and negative periods of the alternating voltage. As a result of the rectification operation, the voltage applied to the rectification diode is suppressed to be substantially equal to the rectification smoothed voltage level,
As the rectifier diode on the secondary side, a diode having a lower withstand voltage than the conventional one can be selected. As a result, it is possible to reduce costs for the switching element, the primary-side parallel resonance capacitor, the secondary-side rectifier diode, and the like. In addition, it is also possible to easily select a switching element and a secondary rectifier diode having improved characteristics and set a high switching frequency, thereby improving the power conversion efficiency. Also,
This also makes it possible to reduce the size and weight of circuit components around the switching element. Further, as described above, since the circuit for obtaining the rectified smoothed voltage from the commercial AC power supply is a normal equal-voltage rectifier circuit, for example, a normal set of a block-type smoothing capacitor and a bridge rectifier diode are used. Therefore, the cost and the circuit scale can be reduced in this respect as well. Further, the number of windings of the controlled winding is reduced, so that the orthogonal control transformer used for constant voltage control can be reduced in size, weight and cost.

【0071】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。
Further, according to the present invention, the rectifier circuit provided on the secondary side employs a voltage doubler full-wave rectifier circuit, so that a DC output voltage of the same level as that obtained, for example, when an equal voltage rectifier circuit is provided is obtained. By doing so, it is possible to reduce the number of turns of the secondary winding to about 1/2 of the conventional case.

【0072】また、スイッチング周波数を変化させるこ
とで、スイッチング出力に対する共振インピーダンスと
上記スイッチング素子の導通角を複合的に制御し、この
作用によって定電圧制御を行うように構成したことで、
結果的に制御感度は向上して制御可能範囲が拡大するた
め、従来よりも狭いスイッチング周波数の制御範囲で二
次側出力電圧の安定化を実現することが可能になる。こ
のようなスイッチング周波数の制御範囲の縮小は、電源
回路を形成するトランスに巻装される巻線数の削減や、
各種部品素子の小型にも寄与する。
Also, by changing the switching frequency, the resonance impedance with respect to the switching output and the conduction angle of the switching element are controlled in a complex manner, and the constant voltage control is performed by this action.
As a result, the control sensitivity is improved and the controllable range is expanded, so that it is possible to stabilize the secondary-side output voltage in a control range with a narrower switching frequency than in the related art. Such a reduction in the control range of the switching frequency can be achieved by reducing the number of windings wound around a transformer forming a power supply circuit,
It also contributes to the miniaturization of various component elements.

【0073】また、本発明の定電圧制御回路の構成とし
ては、スイッチング素子を駆動するための回路系が自励
式、他励式であるのに関わらず、一次巻線又は二次巻線
に対してチョークコイル若しくは直交型制御トランスの
被制御巻線等のインダクタンス素子は直列接続されな
い。このため、電源回路としての漏洩磁束の発生は絶縁
コンバータトランスのみに制限されるので、従来のよう
にシールドケースにより電源回路を覆う必要はなく、例
えば銅板のショートリングを施すだけで漏洩磁束を解消
できる。これにより、電源回路自体の小型軽量化及び低
コスト化に寄与すると共に、製造時間の短縮も図られ
る。
Further, the configuration of the constant voltage control circuit of the present invention is such that the circuit system for driving the switching element is of a self-excited type or a separately-excited type. Inductance elements such as choke coils or controlled windings of a quadrature control transformer are not connected in series. For this reason, the generation of leakage magnetic flux as a power supply circuit is limited only to the insulated converter transformer, so there is no need to cover the power supply circuit with a shield case as in the past, eliminating leakage magnetic flux just by applying a copper plate short ring, for example. it can. As a result, the power supply circuit itself can be reduced in size and weight and cost can be reduced, and the manufacturing time can be reduced.

【0074】また、スイッチング素子としては、バイポ
ーラトランジスタを備えて形成されるダーリントン回
路、又はMOS型電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタ、又は静電誘導サイリスタにより
構成することが可能であり、この場合には、例えば1石
のバイポーラトランジスタにより上記スイッチング手段
を形成する場合よりも、更に電力変換効率を向上させる
ことが可能となる。
The switching element can be constituted by a Darlington circuit formed with a bipolar transistor, or a MOS field effect transistor, an insulated gate bipolar transistor, or an electrostatic induction thyristor. For example, the power conversion efficiency can be further improved as compared with the case where the switching means is formed by a single bipolar transistor.

【0075】このように本発明では、一次側に電圧共振
形コンバータを備え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。
As described above, according to the present invention, the power supply circuit provided with the voltage resonance type converter on the primary side can be improved in various characteristics such as low cost, small size and light weight, and power conversion efficiency.

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

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

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

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

【図4】図1に示す電源回路における要部の動作を示す
波形図である。
FIG. 4 is a waveform chart showing an operation of a main part in the power supply circuit shown in FIG.

【図5】スイッチング周波数と二次側直流出力電圧との
関係を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a switching frequency and a secondary-side DC output voltage.

【図6】本発明の第2の実施の形態としての電源回路の
構成を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図7】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。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration as a modification of the embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration as a modification of the embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration as a modification of the embodiment of the present invention.

【図10】従来例としての電源回路の構成を示す回路図
である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a conventional example.

【図11】図10に示す電源回路に備えられる直交型絶
縁コンバータトランスの構造を示す斜視図である。
11 is a perspective view showing a structure of an orthogonal type insulated converter transformer provided in the power supply circuit shown in FIG.

【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。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a conventional example.

【図13】図12に示す電源回路に備えられる直交型制
御トランスの構造を示す斜視図である。
13 is a perspective view showing a structure of an orthogonal control transformer provided in the power supply circuit shown in FIG.

【図14】図12に示す電源回路に備えられる絶縁コン
バータトランスの構造を示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing a structure of an insulating converter transformer provided in the power supply circuit shown in FIG.

【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。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing each operation when the mutual inductance is + M / −M.

【図16】従来例としての電源回路の構成を示す回路図
である。
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、Ci,CO1,
CO2 平滑コンデンサ、Cr 並列共振コンデンサ、C
s 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、ND 検出巻線、NB 駆動巻線、
Q1 スイッチング素子
1 control circuit, 2 oscillation / drive circuit, Ci, CO1,
CO2 smoothing capacitor, Cr parallel resonance capacitor, C
s Secondary side series resonance capacitor, Di bridge rectifier circuit, DO1, DO2, DO3, DO4 rectifier diode, PIT
Insulation converter transformer, PRT orthogonal control transformer, NC control winding, ND detection winding, NB drive winding,
Q1 Switching element

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 商用交流電源を入力して、この商用交流
電源レベルの等倍に対応するレベルの整流平滑電圧を生
成して直流入力電圧として出力する整流平滑手段と、 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、 上記直流入力電圧をスイッチング素子により断続して上
記絶縁コンバータトランスの一次巻線に出力するように
されたスイッチング手段と、 少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線を
含む漏洩インダクタンス成分と並列共振コンデンサのキ
ャパシタンスとによって形成されて、上記スイッチング
手段の動作を電圧共振形とする一次側並列共振回路と、 上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に対して二次側
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
直流出力電圧を生成可能に構成された直流出力電圧生成
手段と、 上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて、上記スイッ
チング素子のスイッチング周波数を可変することで、上
記一次側並列共振回路の共振インピーダンスと上記スイ
ッチング素子の導通角を複合的に制御するようにして、
二次側出力電圧に対する定電圧制御を行うように構成さ
れた定電圧制御手段と、 を備えていることを特徴とするスイッチング電源回路。
A rectifying / smoothing means for receiving a commercial AC power supply, generating a rectified smoothed voltage having a level corresponding to an equal multiple of the commercial AC power supply level, and outputting the rectified smoothed voltage as a DC input voltage; A gap is formed so as to obtain the coupling coefficient of, and an insulating converter transformer provided for transmitting the primary side output to the secondary side; The switching means is configured to output to a line, and is formed by at least a leakage inductance component including a primary winding of the insulating converter transformer and a capacitance of a parallel resonance capacitor, and the operation of the switching means is a voltage resonance type. The primary side parallel resonance circuit and the secondary side series By connecting a capacitor in series, a leakage inductance component of the secondary winding of the insulating converter transformer and a capacitance of the secondary series resonance capacitor form a secondary series resonance circuit that forms a series resonance circuit; The secondary voltage is formed by inserting the secondary side series resonance capacitor into the current path. DC output voltage generation means configured to be able to generate a secondary DC output voltage corresponding to approximately twice as large as the above, and changing a switching frequency of the switching element according to a level of the secondary DC output voltage. In such a way that the resonance impedance of the primary parallel resonance circuit and the conduction angle of the switching element are controlled in a complex manner,
And a constant voltage control means configured to perform constant voltage control on the secondary side output voltage.
【請求項2】 上記スイッチング手段は、少なくとも駆
動巻線及び共振用コンデンサの直列接続により形成され
る直列共振回路を含んで形成され、この直列共振回路の
共振出力に基づいて上記スイッチング素子を自励式によ
り駆動する自励発振駆動回路が備えられ、 上記定電圧制御手段は、 上記絶縁コンバータトランスの一次巻線に対して直列に
接続される上記検出巻線と上記駆動巻線と、これら検出
巻線及び駆動巻線とその巻回方向が直交する制御巻線と
が巻装される可飽和リアクトルとしての直交型制御トラ
ンスを備え、上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて
可変の制御電流を上記制御巻線に流して上記駆動巻線の
インダクタンスを変化させることで、スイッチング周波
数を可変制御可能に構成されていることを特徴とする請
求項1に記載のスイッチング電源回路。
2. The switching means is formed to include at least a series resonance circuit formed by a series connection of a driving winding and a resonance capacitor, and the switching element is self-excited based on a resonance output of the series resonance circuit. The constant voltage control means includes: the detection winding and the drive winding connected in series to a primary winding of the insulating converter transformer; and the detection winding. And a quadrature control transformer as a saturable reactor around which a drive winding and a control winding whose winding direction is orthogonal are provided, and a variable control current is provided in accordance with the level of the secondary DC output voltage. 2. The switching frequency can be variably controlled by flowing through the control winding to change the inductance of the drive winding. Switching power supply circuit according.
【請求項3】 上記スイッチング手段は、他励式により
上記スイッチング素子を駆動する他励駆動回路が備えら
れ、 上記定電圧制御手段は、上記二次側直流出力電圧のレベ
ルに応じて、上記スイッチング素子のオフ期間は一定と
したうえでオン期間を可変制御することでスイッチング
周波数を可変制御可能に構成されていることを特徴とす
る請求項1に記載のスイッチング電源回路。
3. The switching means includes a separately-excited drive circuit for driving the switching element in a separately-excited manner, and the constant-voltage control means includes a switching element in accordance with a level of the secondary-side DC output voltage. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching frequency is variably controllable by variably controlling the ON period while keeping the OFF period constant.
【請求項4】 上記スイッチング手段は、バイポーラト
ランジスタを備えて形成されるダーリントン回路を1つ
のスイッチング素子として用いるように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回
路。
4. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein said switching means is configured to use a Darlington circuit formed with a bipolar transistor as one switching element.
【請求項5】 上記スイッチング手段は、スイッチング
素子としてMOS型電界効果トランジスタを備えて形成
されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング
電源回路。
5. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein said switching means includes a MOS field effect transistor as a switching element.
【請求項6】 上記スイッチング手段は、スイッチング
素子として絶縁ゲートバイポーラトランジスタを備えて
形成されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ
ング電源回路。
6. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein said switching means includes an insulated gate bipolar transistor as a switching element.
【請求項7】 上記スイッチング手段は、スイッチング
素子として静電誘導サイリスタを備えて形成されること
を特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
7. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein said switching means is formed with an electrostatic induction thyristor as a switching element.
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