JP2000232781A - Switching power supply device - Google Patents

Switching power supply device

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JP2000232781A
JP2000232781A JP11341141A JP34114199A JP2000232781A JP 2000232781 A JP2000232781 A JP 2000232781A JP 11341141 A JP11341141 A JP 11341141A JP 34114199 A JP34114199 A JP 34114199A JP 2000232781 A JP2000232781 A JP 2000232781A
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switching
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power supply
switching element
inductor
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裕樹 明石
Toshiichi Nagaki
敏一 永木
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  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an efficient and low-noise switching power supply device that prevents unwanted resonance current and voltage caused by switching over a wide load range. SOLUTION: Inductors 41a and 41b which are connected each other are connected to both the terminals of the primary coil winding of a transformer, two sets of switching means 21/22 and 23/24 are connected to the other end of each of the inductors 41a and 41b, one end of each of diodes 51 and 52 is connected to both the terminals of the primary coil winding of the transformer, the other of each of the diodes 51 and 52 is connected to a power supply. Then, the two switching means 21/22 and 23/24 for composing a series connection body have a short pause period and are turned on and off alternately. The voltage phase difference of the connection point of two sets of the series connection bodies is set to 180 deg.C, and the on/off ratio of switching elements 21a, 22a, 23a, and 24a included in each switching means is controlled for adjusting the output voltage.

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】本発明は産業用や民生用の電
子機器に直流安定化電圧を供給するスイッチング電源装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply for supplying a stabilized DC voltage to industrial or consumer electronic equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、スイッチング電源装置は電子機器
の低価格化・小型化・高性能化・省エネルギー化に伴
い、より小型で出力の安定性が高く高効率なものが強く
求められている。以下、前記要望に対応する従来のスイ
ッチング電源装置の一例としてフルブリッジコンバータ
について、図6を参照しつつ説明する。図6は従来のフ
ルブリッジコンバータの構成を示す回路図である。図6
において、入力直流電源111が入力端子112a、1
12b間に接続されている。第1のスイッチング素子1
21aと第2のスイッチング素子122aは、入力端子
112a、112b間に直列に接続され、制御回路17
1の出力する制御信号により50%以下のデューティ比
にて交互にオンされる。第3のスイッチング素子123
aと第4のスイッチング素子124aとは、入力端子1
12a、112b間に直列に接続されている。第3のス
イッチング素子123aは、第2のスイッチング素子1
22aと同じタイミングでオンオフを繰り返すよう制御
される。第4のスイッチング素子124aは、第1のス
イッチング素子121aと同じタイミングでオンオフを
繰り返すよう制御される。
2. Description of the Related Art In recent years, switching power supplies have been strongly required to be smaller, have higher output stability, and have higher efficiency, as electronic equipment has become more inexpensive, smaller, more efficient, and more energy efficient. Hereinafter, a full-bridge converter as an example of a conventional switching power supply that meets the above demand will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional full-bridge converter. FIG.
, The input DC power supply 111 is connected to the input terminals 112a, 1
12b. First switching element 1
21a and the second switching element 122a are connected in series between the input terminals 112a and 112b,
1 are alternately turned on at a duty ratio of 50% or less according to the control signal output from the controller. Third switching element 123
a and the fourth switching element 124a are connected to the input terminal 1
It is connected in series between 12a and 112b. The third switching element 123a is the second switching element 1
Control is performed such that on / off is repeated at the same timing as 22a. The fourth switching element 124a is controlled so as to be repeatedly turned on and off at the same timing as the first switching element 121a.

【0003】第1のスイッチング素子121aと、第2
のスイッチング素子122aと、第3のスイッチング素
子123aと、第4のスイッチング素子124aには、
並列に寄生キャパシタが存在している。図6において、
それぞれの寄生キャパシタをキャパシタ121c、12
2c、123c、124cとして示している。トランス
131は、1次巻線131aと第1の2次巻線131b
と第2の2次巻線131cを有している。1次巻線13
1aと第1の2次巻線131bと第2の2次巻線131
cとの巻数比はn:1:1となっている。トランス13
1の1次巻線131aの第1の端子は、第1のスイッチ
ング素子121aと第2のスイッチング素子122aの
接続点に接続されている。トランス131の1次巻線1
31aの第2の端子は第3のスイッチング素子123a
と第4のスイッチング素子124aの接続点に接続され
ている。
A first switching element 121a and a second switching element 121a
Of the switching element 122a, the third switching element 123a, and the fourth switching element 124a,
Parasitic capacitors exist in parallel. In FIG.
Capacitors 121c and 12c
2c, 123c, and 124c. The transformer 131 includes a primary winding 131a and a first secondary winding 131b.
And a second secondary winding 131c. Primary winding 13
1a, the first secondary winding 131b, and the second secondary winding 131
The turn ratio with c is n: 1: 1. Transformer 13
The first terminal of the first primary winding 131a is connected to a connection point between the first switching element 121a and the second switching element 122a. Primary winding 1 of transformer 131
The second terminal of the third switching element 123a
And the fourth switching element 124a.

【0004】以下、従来のフルブリッジコンバータの動
作について、図7を参照しつつ説明する。図7は、従来
例におけるフルブリッジコンバータの動作波形図であ
る。図7において、G1、G2、G3及びG4は、第1
から第4のスイッチング素子121a、122a、12
3a及び124aの制御信号をそれぞれ示している。図
7において、V122は第2のスイッチング素子122
aに印加される電圧を示しており、V124は第4のス
イッチング素子124aに印加される電圧を示してお
り、V131aは、トランス131の1次巻線131a
に印加される電圧を示している。図7において、I13
1aはトランス131の1次巻線131aに流れる電流
を示しており、I121は第1のスイッチング素子12
1aとキャパシタ121cの並列回路に流れる電流を示
しており、I122の波形は第2のスイッチング素子1
22aとキャパシタ122cの並列回路に流れる電流を
示している。動作状態の時間的変化を示すため、図7中
に時刻T0からT4を記している。
The operation of the conventional full-bridge converter will be described below with reference to FIG. FIG. 7 is an operation waveform diagram of a conventional full-bridge converter. In FIG. 7, G1, G2, G3 and G4 are the first
To the fourth switching elements 121a, 122a, 12
The control signals of 3a and 124a are shown, respectively. 7, V122 is a second switching element 122.
V124a indicates a voltage applied to the fourth switching element 124a, and V131a indicates a primary winding 131a of the transformer 131.
Shows the voltage applied to. In FIG. 7, I13
Reference numeral 1a denotes a current flowing through the primary winding 131a of the transformer 131, and I121 denotes a first switching element 12a.
1a and a current flowing in a parallel circuit of the capacitor 121c, and the waveform of I122 indicates the second switching element 1
The current flowing in the parallel circuit of the capacitor 22a and the capacitor 122c is shown. In FIG. 7, times T0 to T4 are shown in order to show a temporal change of the operation state.

【0005】時刻T0において、制御回路171の制御
信号G1、G4により、第1のスイッチング素子121
aと第4のスイッチング素子124aが同時にオンにな
ると、トランス131の1次巻線131aの電圧V13
1aは入力電圧[Vin]となる。トランス131の第
1の2次巻線131bの電圧V131b及び第2の2次
巻線131cの電圧V131cは、それぞれ電圧[Vi
n/n]となる。このため、ダイオード161がオン、
ダイオード162がオフとなり、第3のインダクタ16
3の電圧V163は電圧[Vin/n−Vout]とな
る。また、第1のスイッチング素子121aにはトラン
ス131の1次巻線131aの励磁電流と第3のインダ
クタ163に流れる電流の1次側換算電流との和の電流
が流れる。上記1次側換算電流は、第3のインダクタ1
63に流れる電流を1次巻線131aを通して流れる電
流に変換したものである。しかし、時刻T0において、
第1のスイッチング素子121aは電圧[Vin/2]
が印加されているオフ(不導通状態)からオン(導通状
態)に移行する瞬間に、キャパシタ121cの放電とキ
ャパシタ122cの充電が瞬時に起こる。このため、図
7のI121に示すようなスパイク電流が流れる。以
下、オフ(不導通状態)からオン(導通状態)に移行す
ることをターンオンと記す。また、オンからオフに移行
することをターンオフと記す。
At time T0, the first switching element 121 is controlled by the control signals G1 and G4 of the control circuit 171.
a and the fourth switching element 124a are simultaneously turned on, the voltage V13 of the primary winding 131a of the transformer 131 is
1a becomes the input voltage [Vin]. The voltage V131b of the first secondary winding 131b of the transformer 131 and the voltage V131c of the second secondary winding 131c are each a voltage [Vi
n / n]. Therefore, the diode 161 is turned on,
The diode 162 turns off, and the third inductor 16
3 becomes the voltage [Vin / n-Vout]. In addition, a current that is the sum of the exciting current of the primary winding 131a of the transformer 131 and the primary-side converted current of the current flowing through the third inductor 163 flows through the first switching element 121a. The primary-side converted current is the third inductor 1
63 is obtained by converting the current flowing through 63 into a current flowing through the primary winding 131a. However, at time T0,
The first switching element 121a receives the voltage [Vin / 2]
At the moment when the voltage is applied, the capacitor 121c is discharged from the off state (non-conducting state) and turned on (conducting state), and the discharging of the capacitor 121c and the charging of the capacitor 122c are instantaneous. Therefore, a spike current flows as indicated by I121 in FIG. Hereinafter, transition from off (non-conductive state) to on (conductive state) is referred to as turn-on. The transition from on to off is referred to as turn-off.

【0006】時刻T1において、第1のスイッチング素
子121aと第4のスイッチング素子124aが同時に
ターンオフすると、第3のインダクタ163の励磁エネ
ルギーが連続となるように、トランス131の2次電流
は、第1の2次巻線131bと第2の2次巻線131c
とに分割して流れる。この時、ダイオード161とダイ
オード162はともにオンであり、第1の2次巻線13
1bと第2の2次巻線131cの各電圧V131b、V
131cはゼロになる。またこの時、第3のインダクタ
163の電圧V163は電圧[−Vout]となる。ま
た、第1のスイッチング素子121a及び第4のスイッ
チング素子124aのターンオフの瞬間には、トランス
の漏れインダクタンスや配線に寄生するインダクタンス
に蓄えられたエネルギーにより、図7のV131aに示
されるような不要な共振電圧が発生する。
At time T1, when the first switching element 121a and the fourth switching element 124a are simultaneously turned off, the secondary current of the transformer 131 is changed to the first current so that the excitation energy of the third inductor 163 becomes continuous. Secondary winding 131b and second secondary winding 131c
Flows divided into. At this time, both the diode 161 and the diode 162 are on, and the first secondary winding 13
1b and the voltages V131b, V131 of the second secondary winding 131c.
131c becomes zero. At this time, the voltage V163 of the third inductor 163 becomes the voltage [−Vout]. Further, at the moment when the first switching element 121a and the fourth switching element 124a are turned off, unnecessary energy as shown by V131a in FIG. 7 is generated due to the energy stored in the leakage inductance of the transformer and the parasitic inductance of the wiring. A resonance voltage occurs.

【0007】時刻T2において、第2のスイッチング素
子122aと第3のスイッチング素子123aが同時に
ターンオンすると、トランス131の1次巻線131a
の電圧V131aは電圧[−Vin]となる。この結
果、トランス131の第1の2次巻線131b及び第2
の2次巻線131cの各電圧V131b、V131cは
電圧[−Vin/n]となる。この結果、ダイオード1
61がオフとなり、ダイオード162がオンとなって、
第3のインダクタ163の電圧V163は電圧[Vin
/n−Vout]となる。この時、第2のスイッチング
素子122aと第3のスイッチング素子123aにはト
ランス131の1次巻線131aの励磁電流と第3のイ
ンダクタ163に流れる電流の1次側換算電流との和の
電流が流れる。上記1次側換算電流は、第3のインダク
タ163に流れる電流を1次巻線131aを通して流れ
る電流に変換したものである。また、時刻T2におい
て、第2のスイッチング素子122aと第3のスイッチ
ング素子123aが同時にターンオンする瞬間には、時
刻T0と同様に、スパイクノイズが発生する。
At time T2, when the second switching element 122a and the third switching element 123a are simultaneously turned on, the primary winding 131a of the transformer 131 is turned on.
Becomes the voltage [−Vin]. As a result, the first secondary winding 131b of the transformer 131 and the second
, The voltages V131b and V131c of the secondary winding 131c become the voltage [−Vin / n]. As a result, the diode 1
61 turns off, diode 162 turns on,
The voltage V163 of the third inductor 163 is equal to the voltage [Vin
/ N-Vout]. At this time, the second switching element 122a and the third switching element 123a receive a sum of the exciting current of the primary winding 131a of the transformer 131 and the primary-side converted current of the current flowing through the third inductor 163. Flows. The primary-side converted current is obtained by converting a current flowing through the third inductor 163 into a current flowing through the primary winding 131a. Also, at time T2, at the moment when the second switching element 122a and the third switching element 123a are simultaneously turned on, spike noise occurs as in time T0.

【0008】時刻T3において、第2のスイッチング素
子122aと第3のスイッチング素子123aが同時に
ターンオフすると、第3のインダクタ163の励磁エネ
ルギーが連続となるように、トランス131の2次電流
は第1の2次巻線131bと第2の2次巻線131cに
分割して流れる。この結果、ダイオード161とダイオ
ード162がともにオンとなり、第1の2次巻線131
bと第2の2次巻線131cの各電圧V131b、V1
31cはともにゼロになる。この時、第3のインダクタ
163の電圧V163は電圧[−Vout]となる。ま
た、時刻T3において、第2のスイッチング素子122
aと第3のスイッチング素子123aが同時にターンオ
フする瞬間には、時刻T1と同様に、不要な共振電圧が
発生する。
At time T3, when the second switching element 122a and the third switching element 123a are simultaneously turned off, the secondary current of the transformer 131 is changed to the first current so that the excitation energy of the third inductor 163 becomes continuous. The current flows while being divided into a secondary winding 131b and a second secondary winding 131c. As a result, both the diode 161 and the diode 162 are turned on, and the first secondary winding 131 is turned on.
b and the voltages V131b, V1 of the second secondary winding 131c.
31c are both zero. At this time, the voltage V163 of the third inductor 163 becomes the voltage [-Vout]. At time T3, the second switching element 122
At the moment when a and the third switching element 123a are simultaneously turned off, an unnecessary resonance voltage is generated as in the case of the time T1.

【0009】時刻T4において、第1のスイッチング素
子121aと第4のスイッチング素子124aが同時に
ターンオンすると、トランス131の1次巻線131a
の電圧V131aは入力電圧[Vin]となる。これ
は、時刻T0と同一の動作であり、時刻T0からT4ま
での動作が繰り返して行われる。ここで、第1から第4
のスイッチング素子121a、122a、123a、1
24aにおいて、各オン期間が等しくT1−T0=T3
−T2=Tonとなり、各オフ期間が等しくT2−T1
=T4−T3=Toffとなるように、それぞれのスイ
ッチング素子のオンオフ比を設定する。このように設定
すると、安定動作状態において、第3のインダクタ16
3の磁束は、第1のスイッチング素子121aのターン
オンしてから、再び、第1のスイッチング素子121a
がターンオンする一周期で初期状態に戻ることから、下
記式(1)の関係を有する。
At time T4, when first switching element 121a and fourth switching element 124a are simultaneously turned on, primary winding 131a of transformer 131 is turned on.
Becomes the input voltage [Vin]. This is the same operation as at time T0, and the operation from time T0 to T4 is repeated. Here, the first to fourth
Switching elements 121a, 122a, 123a, 1
At 24a, the respective ON periods are equal, and T1−T0 = T3.
−T2 = Ton, and each off period is equal to T2−T1
= T4-T3 = Toff The on / off ratio of each switching element is set. With this setting, in the stable operation state, the third inductor 16
3 turns on the first switching element 121a and then returns to the first switching element 121a again.
Returns to the initial state in one turn-on period, and thus has the relationship of the following equation (1).

【0010】 (Vin/n−Vout)×Ton−Vout×Toff=0 -----(1)(Vin / n−Vout) × Ton−Vout × Toff = 0 (1)

【0011】したがって、出力電圧[Vout]は入力
電圧[Vin]に対して下記式(2)の関係を持つ。
Therefore, the output voltage [Vout] has a relationship with the input voltage [Vin] according to the following equation (2).

【0012】Vout=δ×Vin/n ------(2)Vout = δ × Vin / n (2)

【0013】但し、式(2)におけるδは下記式(3)
で示される。
Where δ in equation (2) is the following equation (3)
Indicated by

【0014】 δ=Ton/(Ton+Toff) ------(3)Δ = Ton / (Ton + Toff) ------ (3)

【0015】即ち、出力電圧[Vout]は、第1から
第4のスイッチング素子121a、122a、123
a、124aにおける各オンオフ比を調整することによ
り安定化することができる。この従来のフルブリッジコ
ンバータでは、第1から第4のスイッチング素子121
a、122a、123a、124aにおいては、バラン
ス良く電流が流れるので、ストレスの分散化により、小
型でもより大電力の電源装置に応用が容易であるという
特徴があった。
That is, the output voltage [Vout] varies from the first to fourth switching elements 121a, 122a, 123
It can be stabilized by adjusting the on / off ratios at the points a and 124a. In this conventional full-bridge converter, the first to fourth switching elements 121
In a, 122a, 123a, and 124a, the current flows in a well-balanced manner, so that there was a feature that the application of the present invention to a small-sized and high-power power supply device was easy due to the dispersion of stress.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来の
フルブリッジコンバータでは、第1から第4のスイッチ
ング素子121a、122a、123a、124aにお
けるターンオン時に寄生キャパシタの充放電が瞬時に起
こるため、サージ電流が発生した。このサージ電流によ
り、従来のフルブリッジコンバータにおいて電力損失及
びノイズを生じるという問題点があった。また、第1か
ら第4のスイッチング素子121a、122a、123
a、124aにおけるターンオフ時において、トランス
の漏れインダクタンスや配線に寄生するインダクタンス
により、不要な共振電圧が発生した。この不要な電圧共
振によっても従来のフルブリッジコンバータは電力損失
及びノイズが生じるという問題点があった。本発明は、
広い負荷範囲にわたって寄生キャパシタや漏れインダク
タンスによる不要なサージ電流や共振電圧を低減し、高
効率化及び低ノイズ化を実現したスイッチング電源装置
を提供することを目的とする。
However, in the above-described conventional full-bridge converter, the charge and discharge of the parasitic capacitor occur instantaneously when the first to fourth switching elements 121a, 122a, 123a, and 124a are turned on. An electric current has occurred. There has been a problem that the surge current causes power loss and noise in the conventional full-bridge converter. Further, the first to fourth switching elements 121a, 122a, 123
At the time of turn-off at a and 124a, an unnecessary resonance voltage was generated due to the leakage inductance of the transformer and the parasitic inductance of the wiring. The conventional full-bridge converter has a problem that power loss and noise occur even by the unnecessary voltage resonance. The present invention
It is an object of the present invention to provide a switching power supply device that achieves high efficiency and low noise by reducing unnecessary surge current and resonance voltage due to a parasitic capacitor and a leakage inductance over a wide load range.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のスイッチング電源装置は、デッドタイム期
間を有して交互にオンオフする第1のスイッチング手段
と第2のスイッチング手段とを有し、入力直流電源に接
続された第1の直列回路と、デッドタイム期間を有して
交互にオンオフする第3のスイッチング手段と第4のス
イッチング手段とを有し、前記入力直流電源に接続され
た第2の直列回路と、少なくとも1次巻線と2次巻線と
を有するトランスと、前記トランスの1次巻線の第1の
端子と、前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイ
ッチング手段の接続点との間に接続した第1のインダク
タと、前記トランスの1次巻線の第2の端子と、前記第
3のスイッチング手段と前記第4のスイッチング手段の
接続点との間に接続し、かつ前記第1のインダクタと磁
気的に結合した第2のインダクタと、前記トランスの1
次巻線の第1の端子と前記入力直流電源の負極または正
極との間に接続した第1のダイオードと、前記トランス
の1次巻線の第2の端子と第1のダイオードと同じ負極
または正極との間に接続した第2のダイオードと、前記
トランスの2次巻線に誘起する電圧を整流平滑する整流
平滑手段と、前記第1のスイッチング手段を構成するF
ET、IGBTなどの制御可能なスイッチング素子のデ
ューティ比、または、前記第3のスイッチング手段を構
成するFET、IGBTなどの制御可能なスイッチング
素子のデューティ比、または、その両方の比を制御する
オンオフ制御手段とを有する。
In order to achieve the above object, a switching power supply according to the present invention has first switching means and second switching means which alternately turn on and off with a dead time period. A first series circuit connected to the input DC power supply; and a third switching means and a fourth switching means that alternately turn on and off with a dead time period, and are connected to the input DC power supply. A second series circuit, a transformer having at least a primary winding and a secondary winding, a first terminal of a primary winding of the transformer, the first switching means, and the second switching. A first inductor connected between the connection points of the first and second means, a second terminal of the primary winding of the transformer, and a connection point between the third switching means and the fourth switching means. Contact And, and said first inductor and a second inductor magnetically coupled, the transformer 1
A first diode connected between a first terminal of a secondary winding and a negative electrode or a positive electrode of the input DC power supply, and a negative electrode that is the same as the second terminal of the primary winding of the transformer and the first diode; A second diode connected between the positive electrode, a rectifying and smoothing means for rectifying and smoothing a voltage induced in a secondary winding of the transformer, and an F which constitutes the first switching means.
On / off control for controlling the duty ratio of a controllable switching element such as an ET or IGBT, or the duty ratio of a controllable switching element such as an FET or an IGBT constituting the third switching means, or a ratio of both. Means.

【0018】このスイッチング電源装置によれば、各ス
イッチング手段の有する寄生キャパシタをインダクタに
蓄えられたエネルギーによって充放電でき、各スイッチ
ング手段を電圧が実質的にゼロの状態でターンオンさせ
ることができる。従って、サージ状の短絡電流の発生を
防止、又は低減することができ、効率の改善及びノイズ
の発生を抑制できる。また、軽負荷へ対応する必要があ
る場合には、インダクタのインダクタンス値を大きくし
て、インダクタに蓄えられるエネルギーを増やすことに
よって、各スイッチング手段の寄生キャパシタを十分充
放電できる。このため、前記のように短絡電流の発生を
防止、又は低減して、効率の改善及びノイズの発生を抑
制できる。
According to this switching power supply device, the parasitic capacitor of each switching means can be charged / discharged by the energy stored in the inductor, and each switching means can be turned on with substantially zero voltage. Therefore, generation of a surge-like short-circuit current can be prevented or reduced, and efficiency can be improved and noise can be suppressed. Further, when it is necessary to cope with a light load, the parasitic capacitor of each switching means can be sufficiently charged and discharged by increasing the inductance value of the inductor and increasing the energy stored in the inductor. Therefore, as described above, the occurrence of short-circuit current can be prevented or reduced, and the efficiency can be improved and the generation of noise can be suppressed.

【0019】また、本発明においては、2つのインダク
タを磁気的に相互に結合することにより、インダクタを
補ったことによるトランスの寄生キャパシタとの不要な
共振も生じることがない。その結果、広い負荷範囲にわ
たって高効率化及び低ノイズ化が可能となる。前記のよ
うに構成されたスイッチング電源装置において、前記第
1のスイッチング手段、前記第2のスイッチング手段、
前記第3のスイッチング手段、及び前記第4のスイッチ
ング手段のそれぞれが、並列ダイオードを含む制御可能
なスイッチング素子、または、制御可能なスイッチング
素子とダイオードの並列接続体により構成されているの
が望ましい。
Further, in the present invention, the two inductors are magnetically coupled to each other, so that unnecessary resonance with the parasitic capacitor of the transformer due to supplementing the inductors does not occur. As a result, high efficiency and low noise can be achieved over a wide load range. In the switching power supply device configured as described above, the first switching unit, the second switching unit,
It is preferable that each of the third switching means and the fourth switching means is constituted by a controllable switching element including a parallel diode or a parallel connection of a controllable switching element and a diode.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスイッチング
電源装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参
照しつつ説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a switching power supply according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0021】《実施の形態1》本発明に係る実施の形態
1のスイッチング電源装置について、図1から図3を参
照しながら説明する。図1は本発明に係る実施の形態1
のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。図
1において、第1のスイッチング手段21は、第1のス
イッチング素子21aとダイオード21bとキャパシタ
21cを並列に接続して構成されている。キャパシタ2
1cは、第1のスイッチング素子21aとダイオード2
1bとに寄生的に存在するキャパシタである。第2のス
イッチング手段22は、第2のスイッチング素子22a
とダイオード22bとキャパシタ22cを並列に接続し
て構成されている。キャパシタ22cは、第2のスイッ
チング素子22aとダイオード22bとに寄生的に存在
するキャパシタである。第1のスイッチング素子21a
と第2のスイッチング素子22aは、デッドタイム期間
を有して、交互に相補的にオンオフするよう制御回路7
1からの制御信号により制御されている。上記デッドタ
イム期間の許容範囲は、それぞれのスイッチング電源装
置の設計方法や動作状態によって異なる。また、第1の
スイッチング手段21と第2のスイッチング手段22
は、直列接続され、入力端子12a、12b間に接続さ
れている。また、入力直流電源11は入力端子12a、
12b間に接続されている。
First Embodiment A switching power supply according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a first embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply device of FIG. In FIG. 1, the first switching means 21 is configured by connecting a first switching element 21a, a diode 21b, and a capacitor 21c in parallel. Capacitor 2
1c is the first switching element 21a and the diode 2
1b. The second switching means 22 includes a second switching element 22a.
And a diode 22b and a capacitor 22c connected in parallel. The capacitor 22c is a capacitor parasitically present in the second switching element 22a and the diode 22b. First switching element 21a
And the second switching element 22a have a dead time period so that the control circuit 7 turns on and off alternately and complementarily.
1 is controlled by a control signal. The allowable range of the dead time period differs depending on the design method and the operation state of each switching power supply device. Also, the first switching means 21 and the second switching means 22
Are connected in series and connected between the input terminals 12a and 12b. The input DC power supply 11 has an input terminal 12a,
12b.

【0022】同様に、第3のスイッチング手段23は、
第3のスイッチング素子23aとダイオード23bとキ
ャパシタ23cを並列に接続して構成されている。キャ
パシタ23cは、第3のスイッチング素子23aとダイ
オード23bとに寄生的に存在するキャパシタである。
第4のスイッチング手段24は、第4のスイッチング素
子24aとダイオード24bとキャパシタ24cを並列
に接続して構成されている。キャパシタ24cは、第4
のスイッチング素子24aとダイオード24bとに寄生
的に存在するキャパシタである。第3のスイッチング素
子23aと第4のスイッチング素子24aは、デッドタ
イム期間を有して、交互に相補的にオンオフするよう制
御回路71からの制御信号により制御されている。上記
デッドタイム期間の許容範囲は、それぞれのスイッチン
グ電源装置の設計方法や動作状態によって異なる。ま
た、第3のスイッチング手段23と第4のスイッチング
手段24は、直列接続され、入力端子12a、12b間
に接続されている。各スイッチング手段におけるスイッ
チング素子は、例えばFETやIGBTなどの制御可能
なスイッチング素子により構成される。
Similarly, the third switching means 23
The third switching element 23a, the diode 23b, and the capacitor 23c are connected in parallel. The capacitor 23c is a capacitor parasitically present in the third switching element 23a and the diode 23b.
The fourth switching means 24 is configured by connecting a fourth switching element 24a, a diode 24b, and a capacitor 24c in parallel. The capacitor 24c is connected to the fourth
Are parasitically present in the switching element 24a and the diode 24b. The third switching element 23a and the fourth switching element 24a have a dead time period, and are controlled by a control signal from the control circuit 71 to alternately turn on and off alternately. The allowable range of the dead time period differs depending on the design method and the operation state of each switching power supply device. Further, the third switching means 23 and the fourth switching means 24 are connected in series and are connected between the input terminals 12a and 12b. The switching element in each switching means is constituted by a controllable switching element such as an FET or an IGBT.

【0023】第3のスイッチング素子23aのオンのタ
イミングとオフのタイミングは、それぞれ、第1のスイ
ッチング素子21aのオンのタイミングとオフのタイミ
ングと半周期分ずらして制御される。トランス31は、
1次巻線31aと第1の2次巻線31bと第2の2次巻
線31cとを有し、1次巻線31aと第1の2次巻線3
1bと第2の2次巻線31cの巻数比はn:1:1とな
っている。1次巻線31aの第1の端子は、第1のイン
ダクタ41aを介して、第1のスイッチング手段21と
第2のスイッチング手段22との接続点に接続されてい
る。また、1次巻線31aの第2の端子は、第2のイン
ダクタ41bを介して、第3のスイッチング手段23と
第4のスイッチング手段24との接続点に接続されてい
る。第1のインダクタ41aと第2のインダクタ41b
は磁気的に結合されている。また、第1のインダクタ4
1aと第2のインダクタ41bにおいて、それぞれの巻
数は同じであり、それぞれのインダクタンス値はトラン
ス31の1次巻線31aのインダクタンス値に比べ十分
小さい値である。
The ON timing and the OFF timing of the third switching element 23a are controlled by being shifted by a half cycle from the ON timing and the OFF timing of the first switching element 21a, respectively. The transformer 31 is
It has a primary winding 31a, a first secondary winding 31b, and a second secondary winding 31c, and has a primary winding 31a and a first secondary winding 3
The turn ratio between 1b and the second secondary winding 31c is n: 1: 1. A first terminal of the primary winding 31a is connected to a connection point between the first switching means 21 and the second switching means 22 via a first inductor 41a. The second terminal of the primary winding 31a is connected to a connection point between the third switching means 23 and the fourth switching means 24 via a second inductor 41b. First inductor 41a and second inductor 41b
Are magnetically coupled. Also, the first inductor 4
In 1a and the second inductor 41b, the number of turns is the same, and the inductance value is sufficiently smaller than the inductance value of the primary winding 31a of the transformer 31.

【0024】ダイオード51のカソードは、トランス3
1の1次巻線31aの第1の端子に接続され、ダイオー
ド51のアノードは入力端子12bに接続されている。
ダイオード52のカソードは、トランス31の1次巻線
31aの第2の端子に接続され、ダイオード52のアノ
ードは入力端子12bに接続されている。ダイオード6
1のアノードは、トランス31の第1の2次巻線31b
の第1の端子に接続されている。ダイオード62のアノ
ードは、トランス31の第2の2次巻線31cの第2の
端子に接続されている。トランス31の第1の2次巻線
31bの第2の端子は、第2の2次巻線31cの第1の
端子と接続されている。ダイオード61及びダイオード
62のそれぞれのカソードは、相互に接続されている。
第3のインダクタ63と平滑コンデンサ64は直列接続
され、ダイオード61とダイオード62のそれぞれのカ
ソードの相互接続点と、第1の2次巻線31bの第2の
端子と第2の2次巻線31cの第1の端子の接続点との
間に接続されている。
The cathode of the diode 51 is connected to the transformer 3
The first terminal of the primary winding 31a is connected to the first terminal, and the anode of the diode 51 is connected to the input terminal 12b.
The cathode of the diode 52 is connected to the second terminal of the primary winding 31a of the transformer 31, and the anode of the diode 52 is connected to the input terminal 12b. Diode 6
1 is connected to the first secondary winding 31b of the transformer 31.
Are connected to the first terminal of The anode of the diode 62 is connected to the second terminal of the second secondary winding 31c of the transformer 31. The second terminal of the first secondary winding 31b of the transformer 31 is connected to the first terminal of the second secondary winding 31c. The cathodes of the diode 61 and the diode 62 are connected to each other.
The third inductor 63 and the smoothing capacitor 64 are connected in series, the interconnection point between the cathodes of the diodes 61 and 62, the second terminal of the first secondary winding 31b, and the second secondary winding. It is connected between the connection point of the first terminal 31c.

【0025】ダイオード61、62と、第3のインダク
タ63と、平滑コンデンサ64とにより、トランス31
の第1の2次巻線31b及び第2の2次巻線31cに発
生する電圧を整流平滑して直流出力電圧を得ることがで
きる。出力端子65a、65b間には負荷66が接続さ
れている。制御回路71は、出力端子65a、65b間
の電圧を検出し、直流出力電圧が一定になるように第1
から第4のスイッチング素子21a、22a、23a、
24aのそれぞれのオンオフを制御する制御信号を発生
する。
The transformer 31 includes diodes 61 and 62, a third inductor 63, and a smoothing capacitor 64.
Can be obtained by rectifying and smoothing the voltage generated in the first secondary winding 31b and the second secondary winding 31c. A load 66 is connected between the output terminals 65a and 65b. The control circuit 71 detects a voltage between the output terminals 65a and 65b, and controls the first so that the DC output voltage becomes constant.
To the fourth switching elements 21a, 22a, 23a,
A control signal for controlling the ON / OFF of each of 24a is generated.

【0026】次に、実施の形態1のスイッチング電源装
置の動作について図2を参照しながら説明する。図2は
実施の形態1のスイッチング電源装置における各部の動
作波形図である。図2に示した波形図において、各動作
状態の時間的変化を示すため、時刻T0からT8を図中
に記している。図2に示すG1、G2、G3及びG4は
第1から第4のスイッチング素子21a、22a、23
a及び24aのそれぞれの制御信号を示している。図2
において、V22は第2のスイッチング手段22に印加
される電圧波形を示しており、V24は第4のスイッチ
ング手段24に印加される電圧波形を示しており、V3
1aはトランス31の1次巻線31aに印加される電圧
波形を示している。また、図2において、I31aはト
ランス31の1次巻線31aに流れる電流波形を示して
おり、I21は第1のスイッチング手段21に流れる電
流波形を示しており、I22は第2のスイッチング手段
22に流れる電流波形を示している。I51はダイオー
ド51を流れる電流を示し、I52はダイオード52を
流れる電流を示し、V41bは第2のインダクタ41b
に印加される電圧波形を示している。
Next, the operation of the switching power supply according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an operation waveform diagram of each unit in the switching power supply device according to the first embodiment. In the waveform diagram shown in FIG. 2, times T0 to T8 are shown in the figure to show the temporal change of each operation state. G1, G2, G3 and G4 shown in FIG. 2 are first to fourth switching elements 21a, 22a and 23.
a and 24a are shown. FIG.
, V22 indicates a voltage waveform applied to the second switching means 22, V24 indicates a voltage waveform applied to the fourth switching means 24, and V3
1a shows a voltage waveform applied to the primary winding 31a of the transformer 31. In FIG. 2, I31a indicates a current waveform flowing through the primary winding 31a of the transformer 31, I21 indicates a current waveform flowing through the first switching unit 21, and I22 indicates a second switching unit 22. 3 shows a waveform of a current flowing through the circuit. I51 indicates the current flowing through the diode 51, I52 indicates the current flowing through the diode 52, and V41b indicates the second inductor 41b.
3 shows a waveform of a voltage applied to.

【0027】時刻T0において、第1のスイッチング手
段21の印加電圧がゼロに達すると、ダイオード21b
はターンオンする。ダイオード21bがオンとなってい
る間に、制御回路71の制御信号G1により第1のスイ
ッチング素子21aはターンオンする。このとき、第1
のスイッチング手段21を流れる電流が、ダイオード2
1bに流れても、第1のスイッチング素子21aに流れ
ても、動作に有意な差はない。既にオンとなっている第
4のスイッチング素子24aを通して、第1のインダク
タ41a及び第2のインダクタ41bの各電圧V41
a、V41bは、入力電圧[Vin]からゼロまで減少
し、トランス31の1次巻線31aの電圧V31aは入
力電圧[Vin]となる。トランス31の1次巻線31
aの電圧V31aが入力電圧[Vin]になると、トラ
ンス31の第1の2次巻線31b及び第2の2次巻線3
1cのそれぞれの電圧V31b、V31cは電圧[Vi
n/n]となる。このとき、ダイオード61はオン、ダ
イオード62はターンオフする。第3のインダクタ63
の電圧V63は電圧[Vin/n−Vout]となり、
第3のインダクタ63を流れる電流は直線的に増加す
る。トランス31の1次巻線31aの電流I31aは、
トランス31の励磁電流と第3のインダクタ63を流れ
る電流の1次側換算電流の和となるため直線的に増加す
る。上記1次側換算電流は、第3のインダクタ63に流
れる電流を1次巻線31aを通して流れる電流に変換し
たものである。このとき、制御回路71は第2のスイッ
チング素子22aをオフ、第3のスイッチング素子23
aをオフ、第4のスイッチング素子24aをオンに制御
している。このため、ダイオード21b及びダイオード
24bはそれぞれ第1のスイッチング素子21a及び第
4のスイッチング素子24aにより短絡されている。ま
た、ダイオード22bとダイオード23bは逆バイアス
されオフとなっている。
At time T0, when the voltage applied to the first switching means 21 reaches zero, the diode 21b
Turns on. While the diode 21b is on, the first switching element 21a is turned on by the control signal G1 of the control circuit 71. At this time, the first
Current flowing through the switching means 21 of the diode 2
There is no significant difference in operation whether the current flows to 1b or the first switching element 21a. Each voltage V41 of the first inductor 41a and the second inductor 41b is passed through the fourth switching element 24a which is already turned on.
a, V41b decrease from the input voltage [Vin] to zero, and the voltage V31a of the primary winding 31a of the transformer 31 becomes the input voltage [Vin]. Primary winding 31 of transformer 31
a of the transformer 31 becomes the input voltage [Vin], the first secondary winding 31 b and the second secondary winding 3
1c are voltages [Vi]
n / n]. At this time, the diode 61 is turned on and the diode 62 is turned off. Third inductor 63
Becomes the voltage [Vin / n-Vout].
The current flowing through the third inductor 63 increases linearly. The current I31a of the primary winding 31a of the transformer 31 is
Since it is the sum of the primary-side converted current of the exciting current of the transformer 31 and the current flowing through the third inductor 63, it increases linearly. The primary-side converted current is obtained by converting a current flowing through the third inductor 63 into a current flowing through the primary winding 31a. At this time, the control circuit 71 turns off the second switching element 22a, and turns off the third switching element 23.
a is turned off, and the fourth switching element 24a is turned on. Therefore, the diode 21b and the diode 24b are short-circuited by the first switching element 21a and the fourth switching element 24a, respectively. The diode 22b and the diode 23b are reverse-biased and turned off.

【0028】時刻T1において、第4のスイッチング素
子24aがオン状態の時に、制御回路71の制御信号G
1により、第1のスイッチング素子21aはターンオフ
する。この時、トランス31の1次巻線31aを流れて
いる電流は、第3のインダクタ63を流れる電流の影響
で急激な変化はしない。したがって、キャパシタ21
c、22cが充放電して、第2のスイッチング手段22
に印加される電圧V22は徐々に減少する。制御回路7
1は、第1のスイッチング素子21aをオフしてから第
2のスイッチング手段22の印加電圧がゼロになったこ
とを検知するまでの期間は、第2のスイッチング素子2
2aをオンさせないように設定してある。
At time T1, when the fourth switching element 24a is on, the control signal G
Due to 1, the first switching element 21a is turned off. At this time, the current flowing through the primary winding 31a of the transformer 31 does not change abruptly under the influence of the current flowing through the third inductor 63. Therefore, the capacitor 21
c, 22c are charged and discharged, and the second switching means 22
Is gradually reduced. Control circuit 7
1 is the second switching element 2 during the period from when the first switching element 21a is turned off to when it is detected that the voltage applied to the second switching means 22 has become zero.
2a is set not to be turned on.

【0029】時刻T2において、第2のスイッチング手
段22の印加電圧がゼロに達すると、ダイオード22b
はターンオンする。ダイオード22bがオンとなってい
る間に、制御回路71は制御信号G2により第2のスイ
ッチング素子22aはターンオンする。このとき、第2
のスイッチング手段22を流れる電流がダイオード22
bに流れても、第2のスイッチング素子22aに流れて
も動作に有意な差はない。また、オンにあるダイオード
22b又は第2のスイッチング素子22aと、既にオン
となっている第4のスイッチング素子24aを通して、
トランス31の1次巻線31aと第1のインダクタ41
aと第2のインダクタ41bとの直列回路は短絡されて
いる。このため、トランス31の1次巻線31a、第1
のインダクタ41a及び第2のインダクタ41bは、そ
れぞれ両端間が短絡された状態になる。したがって、第
1のインダクタ41a及び第2のインダクタ41bに蓄
えられたエネルギーの和は保持される。このとき、トラ
ンス31の第1の2次巻線31bと第2の2次巻線31
cに誘起される電圧はゼロとなる。これをより詳細に説
明すると、各ダイオードのオン電圧の影響により、トラ
ンス31の第1の2次巻線31bに誘起される電圧V3
1bはわずかに正、トランス31の第2の2次巻線31
cに誘起される電圧V31cはわずかに負になる。そし
て、トランス31の2次巻線の電流は第1の2次巻線3
1bに流れる。第3のインダクタ63に印加される電圧
V63は、電圧[−Vout]となり、流れる電流は直
線的に減少する。
At time T2, when the voltage applied to the second switching means 22 reaches zero, the diode 22b
Turns on. While the diode 22b is on, the control circuit 71 turns on the second switching element 22a by the control signal G2. At this time, the second
The current flowing through the switching means 22 is
There is no significant difference in the operation whether the current flows through b or the second switching element 22a. Also, through the diode 22b or the second switching element 22a that is on and the fourth switching element 24a that is already on,
Primary winding 31a of transformer 31 and first inductor 41
The series circuit of a and the second inductor 41b is short-circuited. For this reason, the primary winding 31a of the transformer 31 and the first
And the second inductor 41b are short-circuited at both ends. Therefore, the sum of the energy stored in the first inductor 41a and the energy stored in the second inductor 41b is maintained. At this time, the first secondary winding 31b and the second secondary winding 31 of the transformer 31
The voltage induced at c is zero. This will be described in more detail. The voltage V3 induced in the first secondary winding 31b of the transformer 31 by the influence of the on-voltage of each diode.
1b is slightly positive, the second secondary winding 31 of the transformer 31
The voltage V31c induced in c becomes slightly negative. The current of the secondary winding of the transformer 31 is equal to the first secondary winding 3.
Flow to 1b. The voltage V63 applied to the third inductor 63 becomes the voltage [−Vout], and the flowing current decreases linearly.

【0030】図3の(a)は、時刻T1から第4のスイ
ッチング素子24aがオフする時刻T3までの期間にお
ける、第2のインダクタ41bを流れる電流の変化等を
説明する回路図である。図3の(b)は、図3の(a)
に示す回路において、時刻T1からT3までの期間にお
ける第2のインダクタ41b及びダイオード52を流れ
る電流等の詳細を示す波形図である。結合された第1の
インダクタ41a及び第2のインダクタ41bを流れる
電流をそれぞれI41a、I41bとし、第1のインダ
クタ41a及び第2のインダクタ41bのインダクタン
ス値をともにL41とすると、結合された第1のインダ
クタ41a及び第2のインダクタ41bにおいて蓄えら
れるエネルギーの和E41は下記式(4)により示され
る。
FIG. 3A is a circuit diagram illustrating a change in the current flowing through the second inductor 41b during a period from time T1 to time T3 when the fourth switching element 24a is turned off. FIG. 3 (b) is a view similar to FIG.
FIG. 7 is a waveform diagram showing details of a current flowing through the second inductor 41b and the diode 52 during a period from time T1 to T3 in the circuit shown in FIG. Assuming that the currents flowing through the coupled first inductor 41a and the second inductor 41b are I41a and I41b, respectively, and the inductance values of the first inductor 41a and the second inductor 41b are both L41, the first coupled inductor 41a The sum E41 of the energy stored in the inductor 41a and the second inductor 41b is expressed by the following equation (4).

【0031】 E41=L41×(I41a+I41b)/2 ------(4)[0031] E41 = L41 × (I41a + I41b ) 2/2 ------ (4)

【0032】第1のスイッチング素子21aがターンオ
フする時刻T1から、第2のスイッチング手段22の印
加電圧がゼロに達してダイオード22bがターンオンす
る時刻T2までの期間は、第1のインダクタ41a及び
第2のインダクタ41bには同じ電流が流れる。また、
この期間において、第2のスイッチング手段22と第1
のスイッチング手段21のそれぞれに含まれるキャパシ
タ22cとキャパシタ21cは充放電する。キャパシタ
22cの充電電圧がゼロになると、ダイオード22bが
ターンオンする。ダイオード22bのターンオン時に第
1のインダクタ41a及び第2のインダクタ41bに蓄
えられたエネルギーの和E411は、ダイオード22b
のターンオン直前に第1のインダクタ41a及び第2の
インダクタ41bに流れていた電流をIPとすると、下
記式(5)のように示される。ダイオード22bのオン
の間、前記のように第1のインダクタ41a及び第2の
インダクタ41bは、それぞれの両端間が短絡された状
態になる。このため、第1のインダクタ41a及び第2
のインダクタ41bに蓄えられたエネルギーの和E41
1が保持される。
During a period from time T1 when the first switching element 21a turns off to time T2 when the voltage applied to the second switching means 22 reaches zero and the diode 22b turns on, the first inductor 41a and the second inductor 41a are turned on. The same current flows through the inductor 41b. Also,
In this period, the second switching means 22 and the first
The capacitor 22c and the capacitor 21c included in each of the switching means 21 are charged and discharged. When the charging voltage of the capacitor 22c becomes zero, the diode 22b turns on. The sum E411 of the energy stored in the first inductor 41a and the second inductor 41b when the diode 22b is turned on is equal to the sum of the energy stored in the diode 22b.
When the current flowing through the first inductor 41a and the second inductor 41b immediately before the turn-on of is represented by IP, the current is expressed as the following equation (5). While the diode 22b is on, the first inductor 41a and the second inductor 41b are short-circuited at both ends as described above. Therefore, the first inductor 41a and the second inductor 41a
E41 of the energy stored in the inductor 41b
1 is held.

【0033】 E411=L41×(IP×2)/2 ------(5)[0033] E411 = L41 × (IP × 2 ) 2/2 ------ (5)

【0034】ダイオード22bがオンすると、トランス
31の1次巻線31aを流れる電流I31aは、第3の
インダクタ63を流れる電流の1次側換算電流となる。
このため、電流I31aは直線的に減少する。第1のイ
ンダクタ41aを流れる電流I41aはトランス31の
1次巻線31aを流れる電流I31aに制限される。第
2のインダクタ41bを流れる電流I41bには、ダイ
オード22bのターンオン直前に第1のインダクタ41
aと第2のインダクタ41bに流れていた電流IPの和
を一定に保つように下記式(6)の電流が流れる。
When the diode 22b is turned on, the current I31a flowing through the primary winding 31a of the transformer 31 becomes a primary-side converted current of the current flowing through the third inductor 63.
Therefore, the current I31a decreases linearly. Current I41a flowing through first inductor 41a is limited to current I31a flowing through primary winding 31a of transformer 31. The current I41b flowing through the second inductor 41b includes the first inductor 41 just before the diode 22b is turned on.
The current of the following formula (6) flows so as to keep the sum of the current a and the current IP flowing through the second inductor 41b constant.

【0035】 I41b=IP×2−I31a ------(6)I41b = IP × 2-I31a (6)

【0036】このように電流が流れることにより、第1
のインダクタ41aを流れる電流I41aと第2のイン
ダクタ41bを流れる電流I41bは、下記式(7)の
関係が成り立つ。
The current flows as described above,
The current I41a flowing through the inductor 41a and the current I41b flowing through the second inductor 41b satisfy the relationship of the following equation (7).

【0037】 I41a+I41b=IP×2 ------(7)I41a + I41b = IP × 2 (7)

【0038】このため、第1のインダクタ41aに流れ
る電流I41aと第2のインダクタ41bに流れる電流
I41bとの和は一定になる。この結果、エネルギーE
411は一定に保持される。従って、図3の(b)に示
すように、第2のインダクタ41bを流れる電流I41
b及びダイオード52を流れる電流I52は前述した電
流成分を有する電流波形となる。図3の(b)に示す電
流波形図(I41b)において、細い縦線で示す領域
は、トランス31の1次巻線31aを流れる電流成分I
31aを示している。また、図3の(b)において、細
い斜線で示す領域がダイオード52を流れる電流I52
である。すなわち、この電流I52は、第2のインダク
タ41bに流れる電流I41bから電流I31aを除い
た電流成分であり、次式(8)により表せる。
Therefore, the sum of the current I41a flowing through the first inductor 41a and the current I41b flowing through the second inductor 41b becomes constant. As a result, the energy E
411 is kept constant. Therefore, as shown in FIG. 3B, the current I41 flowing through the second inductor 41b
The current I52 flowing through the diode b and the diode 52 has a current waveform having the above-described current component. In the current waveform diagram (I41b) shown in FIG. 3B, a region indicated by a thin vertical line indicates a current component I flowing through the primary winding 31a of the transformer 31.
31a is shown. Further, in FIG. 3B, a region indicated by a thin oblique line indicates a current I52 flowing through the diode 52.
It is. That is, the current I52 is a current component obtained by removing the current I31a from the current I41b flowing through the second inductor 41b, and can be expressed by the following equation (8).

【0039】 I52=I41b−I31a =(IP×2−I31a)−I31a =IP×2−I31a×2 ------(8)I52 = I41b-I31a = (IP × 2-I31a) −I31a = IP × 2-I31a × 2 (8)

【0040】図2に示した時刻T3において、第4のス
イッチング素子24aがターンオフすると、第1のイン
ダクタ41a及び第2のインダクタ41bのそれぞれに
保持されていたエネルギーにより、キャパシタ23cと
キャパシタ24cは充放電する。従って、第3のスイッ
チング手段23に印加される電圧は徐々に減少する。制
御回路71は、第4のスイッチング素子24aをオフし
てから第3のスイッチング手段23の印加電圧がゼロに
なったことを検知するまでの期間に第3のスイッチング
素子23aをオンさせないように設定してある。時刻T
4において、第3のスイッチング手段23の印加電圧が
ゼロに達すると、ダイオード23bがターンオンする。
ダイオード23bがオンとなっている間に、制御回路7
1は制御信号G3により第3のスイッチング素子23a
をオンする。このとき、第3のスイッチング手段23を
流れる電流が、ダイオード23bを流れても第3のスイ
ッチング素子23aを流れても動作に有意な差はない。
At time T3 shown in FIG. 2, when the fourth switching element 24a is turned off, the capacitors 23c and 24c are charged by the energy held in each of the first inductor 41a and the second inductor 41b. Discharge. Therefore, the voltage applied to the third switching means 23 gradually decreases. The control circuit 71 sets so that the third switching element 23a is not turned on during a period from when the fourth switching element 24a is turned off to when it is detected that the voltage applied to the third switching means 23 becomes zero. I have. Time T
In 4, when the voltage applied to the third switching means 23 reaches zero, the diode 23b is turned on.
While the diode 23b is on, the control circuit 7
1 is the third switching element 23a according to the control signal G3.
Turn on. At this time, there is no significant difference in the operation whether the current flowing through the third switching means 23 flows through the diode 23b or the third switching element 23a.

【0041】第3のスイッチング素子23aがターンオ
ンすると、既にオンとなっている第2のスイッチング素
子22aを通して、第1のインダクタ41a及び第2の
インダクタ41bの印加電圧はゼロまで減少し、トラン
ス31の1次巻線31aに印加される電圧V31aが電
圧[−Vin]になる。トランス31の1次巻線31a
の電圧V31aに電圧[−Vin]が印加され、第1の
2次巻線31bの電圧V31b及び第2の2次巻線31
cの電圧VV31cはともに電圧[−Vin/n]にな
る。この結果、ダイオード61はオフ、ダイオード62
はオンになる。従って、第3のインダクタ63の電圧V
63は、電圧[Vin/n−Vout]になり、第3の
インダクタ63を流れる電流は直線的に増加する。
When the third switching element 23a is turned on, the voltage applied to the first inductor 41a and the second inductor 41b is reduced to zero through the second switching element 22a that is already on, and the voltage of the transformer 31 is reduced. The voltage V31a applied to the primary winding 31a becomes the voltage [-Vin]. Primary winding 31a of transformer 31
The voltage [-Vin] is applied to the voltage V31a of the second secondary winding 31 and the voltage V31b of the first secondary winding 31b.
Both the voltage VV31c of c becomes the voltage [−Vin / n]. As a result, the diode 61 is turned off, and the diode 62 is turned off.
Turns on. Therefore, the voltage V of the third inductor 63
63 becomes the voltage [Vin / n-Vout], and the current flowing through the third inductor 63 increases linearly.

【0042】トランス31の1次巻線31aの電流I3
1aは、トランス31の励磁電流と、第3のインダクタ
63を流れる電流の1次側換算電流の和となるため、直
線的に絶対値が増加する。このため、第3のインダクタ
63には励磁エネルギーが蓄えられる。このとき、制御
回路71は、第1のスイッチング素子21aをオフ、第
2のスイッチング素子22aをオン、第4のスイッチン
グ素子24aをターンオフするよう制御している。した
がって、ダイオード22b及びダイオード23bは、そ
れぞれが第2のスイッチング素子22a及び第3のスイ
ッチング素子23aによって短絡され、ダイオード21
bとダイオード24bは逆バイアスされオフになってい
る。
The current I3 of the primary winding 31a of the transformer 31
Since 1a is the sum of the exciting current of the transformer 31 and the primary-side converted current of the current flowing through the third inductor 63, the absolute value linearly increases. Therefore, the third inductor 63 stores the excitation energy. At this time, the control circuit 71 controls to turn off the first switching element 21a, turn on the second switching element 22a, and turn off the fourth switching element 24a. Therefore, the diode 22b and the diode 23b are short-circuited by the second switching element 22a and the third switching element 23a, respectively,
b and the diode 24b are reverse-biased and turned off.

【0043】時刻T5において、第2のスイッチング素
子22aがオン状態の時に、制御回路71の制御信号G
3により、第3のスイッチング素子23aはターンオフ
する。このとき、トランス31の1次巻線31aを流れ
ていた電流I31aは、第3のインダクタ63を流れる
電流の影響により急激に変化することはない。したがっ
て、キャパシタ23c、24cは充放電して、第4のス
イッチング手段24に印加される電圧V24は徐々に減
少する。制御回路71は、第3のスイッチング素子23
aをオフしてから第4のスイッチング手段24の印加電
圧がゼロになったことを検知するまでの期間に、第4の
スイッチング素子24aをオンさせないよう設定されて
いる。
At time T5, when the second switching element 22a is on, the control signal G
Due to 3, the third switching element 23a is turned off. At this time, the current I31a flowing through the primary winding 31a of the transformer 31 does not change rapidly due to the influence of the current flowing through the third inductor 63. Therefore, the capacitors 23c and 24c charge and discharge, and the voltage V24 applied to the fourth switching means 24 gradually decreases. The control circuit 71 controls the third switching element 23
The setting is made so that the fourth switching element 24a is not turned on during a period from when a is turned off to when it is detected that the voltage applied to the fourth switching means 24 becomes zero.

【0044】時刻T6において、第4のスイッチング手
段24の印加電圧がゼロに達すると、ダイオード24b
はターンオンする。ダイオード24bがオンとなってい
る間に、制御回路71は、制御信号G4により、第4の
スイッチング素子24aをオンする。このとき、第4の
スイッチング手段24を流れる電流がダイオード24b
を流れても、第4のスイッチング素子24aを流れても
動作に有意な差はない。
At time T6, when the voltage applied to the fourth switching means 24 reaches zero, the diode 24b
Turns on. While the diode 24b is on, the control circuit 71 turns on the fourth switching element 24a by the control signal G4. At this time, the current flowing through the fourth switching means 24 is the diode 24b.
And the flow through the fourth switching element 24a, there is no significant difference in operation.

【0045】また、オンにあるダイオード24bまたは
第4のスイッチング素子24aと、既にオンとなってい
る第2のスイッチング素子22aを通して、トランス3
1の1次巻線31aと第1のインダクタ41aと第2の
インダクタ41bとの直列回路は短絡される。このた
め、トランス31の1次巻線31a、第1のインダクタ
41a及び第2のインダクタ41bのそれぞれの両端間
は短絡された状態になる。したがって、第1のインダク
タ41a及び第2のインダクタ41bに蓄えられたエネ
ルギーの和は保持される。時刻T5から第2のスイッチ
ング素子22aがオフする時刻T7までの動作は、前述
の時刻T1からT3間と同様である。
The transformer 3 is connected to the diode 24b or the fourth switching element 24a which is turned on and the second switching element 22a which is already turned on.
The series circuit of the first primary winding 31a, the first inductor 41a, and the second inductor 41b is short-circuited. Therefore, both ends of the primary winding 31a of the transformer 31, the first inductor 41a, and the second inductor 41b are short-circuited. Therefore, the sum of the energy stored in the first inductor 41a and the energy stored in the second inductor 41b is maintained. The operation from time T5 to time T7 when the second switching element 22a is turned off is the same as that between time T1 and time T3 described above.

【0046】トランス31の第1の2次巻線31bと第
2の2次巻線31cに誘起される電圧V31b、V31
cはゼロとなり、第3のインダクタ63に印加される電
圧V63は電圧[−Vout]となる。トランス31の
第2の2次巻線31cには、第3のインダクタ63の励
磁エネルギーを連続に保つように電流が流れる。時刻T
7において、第2のスイッチング素子22aがターンオ
フすると、第1のインダクタ41a及び第2のインダク
タ41bに保持されていたエネルギーにより、キャパシ
タ21cとキャパシタ22cは充放電する。この結果、
第1のスイッチング手段21に印加される電圧は徐々に
減少する。制御回路71には、第2のスイッチング素子
22aをオフしてから第1のスイッチング手段21の印
加電圧がゼロになったことを検知するまでの期間に、第
1のスイッチング素子21aをオンさせないように設定
してある。
The voltages V31b, V31 induced in the first secondary winding 31b and the second secondary winding 31c of the transformer 31
c becomes zero, and the voltage V63 applied to the third inductor 63 becomes the voltage [−Vout]. A current flows through the second secondary winding 31c of the transformer 31 so as to keep the excitation energy of the third inductor 63 continuous. Time T
7, when the second switching element 22a is turned off, the capacitors 21c and 22c are charged and discharged by the energy held in the first inductor 41a and the second inductor 41b. As a result,
The voltage applied to the first switching means 21 gradually decreases. The control circuit 71 does not turn on the first switching element 21a during a period from when the second switching element 22a is turned off to when it is detected that the voltage applied to the first switching means 21 becomes zero. Is set to

【0047】時刻T8において、第1のスイッチング手
段21の印加電圧がゼロに達すると、ダイオード21b
はターンオンする。時刻T8からの回路動作は時刻T0
からの回路動作と同一である。上記のように、実施の形
態1のスイッチング電源装置においては、前記オンオフ
動作を繰り返して実行する。
At time T8, when the voltage applied to the first switching means 21 reaches zero, the diode 21b
Turns on. The circuit operation from time T8 is time T0
Is the same as the operation of the circuit from FIG. As described above, in the switching power supply according to Embodiment 1, the on / off operation is repeatedly performed.

【0048】実施の形態1において、時刻T1から第2
のスイッチング素子22aがオンするまでの期間、時刻
T3から第3のスイッチング素子23aがオンするまで
の期間、時刻T5から第4のスイッチング素子24aが
オンするまでの期間、時刻T7から第1のスイッチング
素子21aがオンするまでの期間は短いので無視する。
また、第1のスイッチング素子21aのオン期間と第3
のスイッチング素子23aのオン期間を等しくTonと
する。第1のスイッチング素子21aがターンオフして
から第3のスイッチング素子23aがターンオンするま
でのオフ期間と、第3のスイッチング素子23aがター
ンオフしてから第1のスイッチング素子21aがターン
オンするまでのオフ期間を等しくToffとする。実施
の形態1において、図2から明らかなように、第1のス
イッチング素子21aと第3のスイッチング素子23a
におけるデューティ比は50%以下に設定されている。
In the first embodiment, the second
, The period from time T3 to the time when the third switching element 23a is turned on, the time from time T5 to the time when the fourth switching element 24a is turned on, and the time from time T7 to the first switching. Since the period until the element 21a is turned on is short, it is ignored.
Further, the ON period of the first switching element 21a and the third period
The on-period of the switching element 23a is equal to Ton. An off period from when the first switching element 21a is turned off to when the third switching element 23a is turned on, and an off period from when the third switching element 23a is turned off to when the first switching element 21a is turned on. Are equally Toff. In the first embodiment, as is apparent from FIG. 2, the first switching element 21a and the third switching element 23a
Is set to 50% or less.

【0049】安定動作状態において、第3のインダクタ
63の磁束は、第1のスイッチング素子21aのターン
オン時を初期状態とすると、第1のスイッチング素子2
1aがターンオンしてから、再び、第1のスイッチング
素子121aがターンオンする一周期で初期状態に戻る
ことから、下記式(9)の関係が成り立つ。
In the stable operation state, the magnetic flux of the third inductor 63 is changed to the first switching element 2 when the turn-on of the first switching element 21a is set to the initial state.
Since the first switching element 121a returns to the initial state one cycle after the first switching element 121a is turned on after the first element 1a is turned on, the following equation (9) holds.

【0050】 (Vin/n−Vout)×Ton−Vout×Toff=0 ------(9)(Vin / n−Vout) × Ton−Vout × Toff = 0 (9)

【0051】従って、出力電圧[Vout]は入力電圧
[Vin]に対して下記式(10)の関係を持つ。
Accordingly, the output voltage [Vout] has a relationship with the input voltage [Vin] according to the following equation (10).

【0052】 Vout=δ×Vin/n ------(10)Vout = δ × Vin / n (10)

【0053】但し、式(10)におけるδは下記式(1
1)で示される。
Where δ in equation (10) is the following equation (1)
This is indicated by 1).

【0054】 δ=Ton/(Ton+Toff) ------(11)Δ = Ton / (Ton + Toff) ------ (11)

【0055】従って、実施の形態1のスイッチング電源
装置は、第1のスイッチング素子21a及び第3のスイ
ッチング素子23aのオンオフ比により出力電圧[Vo
ut]を制御できる。このため、実施の形態1のスイッ
チング電源装置は従来のフルブリッジコンバータと同じ
変換式となる。実施の形態1のスイッチング電源装置に
おいては、前述のように、時刻T1から第2のスイッチ
ング素子22aがオンするまでの期間、時刻T3から第
3のスイッチング素子23aがオンするまでの期間、時
刻T5から第4のスイッチング素子24aがオンするま
での期間、時刻T7から第1のスイッチング素子21a
がオンするまでの期間、及び第1から第4のスイッチン
グ素子21a、22a、23a、24aがターンオン直
後に逆方向に流れる電流を無視している。また、その他
無視した点を考慮に入れると、出力電圧は前記式(1
0)で示した値より低くなる。しかし、その出力電圧の
低下分をδを大きく設定することにより、容易に補償す
ることが可能である。このため、上記のように構成した
実施の形態1のスイッチング電源装置により所定の出力
電圧を得ることができる。
Therefore, in the switching power supply of the first embodiment, the output voltage [Vo is determined by the on / off ratio of the first switching element 21a and the third switching element 23a.
ut] can be controlled. For this reason, the switching power supply of the first embodiment is of the same conversion type as the conventional full-bridge converter. In the switching power supply of the first embodiment, as described above, the period from time T1 to the time when the second switching element 22a is turned on, the time from time T3 to the time when the third switching element 23a is turned on, and time T5. From the time T7 until the fourth switching element 24a is turned on.
, And the current flowing in the reverse direction immediately after the first to fourth switching elements 21a, 22a, 23a, 24a are turned on is ignored. Also, taking into account other neglected points, the output voltage is calculated by the above equation (1).
0). However, it is possible to easily compensate for the decrease in the output voltage by setting δ to be large. Therefore, a predetermined output voltage can be obtained by the switching power supply of the first embodiment configured as described above.

【0056】実施の形態1のスイッチング電源装置は、
第1から第4のスイッチング素子21a、22a、23
a、24aのターンオン直前に、それぞれのスイッチン
グ素子に寄生的に存在するキャパシタ21c、22c、
23c、24cを第1のインダクタ41a及び第2のイ
ンダクタ41bに蓄えられたエネルギーを用いて放電し
てからターンオンするよう構成されている。このため、
実施の形態1のスイッチング電源装置は、サージ状の短
絡電流を大幅に低減でき、効率の改善、ノイズの発生を
抑制することが可能である。また、実施の形態1のスイ
ッチング電源装置においては、軽負荷へ対応する必要が
ある場合に、第1のインダクタ41a及び第2のインダ
クタ41bのインダクタンス値を大きくすることによ
り、それぞれのインダクタに蓄えられるエネルギーを増
やして、各スイッチング手段の寄生キャパシタが十分充
放電できるよう構成されている。これにより、実施の形
態1のスイッチング電源装置は、軽負荷時においても効
率の改善、ノイズの発生を抑えることが可能である。
The switching power supply according to the first embodiment
First to fourth switching elements 21a, 22a, 23
Immediately before the turn-on of the switching elements a and 24a, the capacitors 21c, 22c,
It is configured to turn on after discharging 23c and 24c using the energy stored in the first inductor 41a and the second inductor 41b. For this reason,
The switching power supply device according to the first embodiment can greatly reduce a surge-like short-circuit current, improve efficiency, and suppress generation of noise. Further, in the switching power supply device according to the first embodiment, when it is necessary to cope with a light load, the inductance values of first inductor 41a and second inductor 41b are increased to store the respective inductors. The energy is increased so that the parasitic capacitor of each switching means can be charged and discharged sufficiently. As a result, the switching power supply of the first embodiment can improve the efficiency and suppress the generation of noise even under a light load.

【0057】従来技術の場合、トランスの漏れインダク
タンスや配線に寄生するインダクタンスによって、第1
から第4のスイッチング素子121a、122a、12
3a、124a(図6参照)のターンオフ時に不要な共
振電圧が発生するという問題があった。しかし、実施の
形態1のスイッチング電源装置においては、それぞれの
スイッチング素子のターンオフに対応して、ダイオード
22b、21b、24b、23bがオンすることにより
共振電圧がクランプされる。その直後、並列接続された
第2のスイッチング素子22a、第1のスイッチング素
子21a、第4のスイッチング素子24a、及び第3の
スイッチング素子23aがオンすることにより電圧クラ
ンプが持続される。このため、実施の形態1のスイッチ
ング電源装置において、不要な共振電圧が発生すること
はない。
In the case of the prior art, the first inductance depends on the leakage inductance of the transformer and the parasitic inductance of the wiring.
To the fourth switching elements 121a, 122a, 12
There is a problem that an unnecessary resonance voltage is generated when the 3a and 124a (see FIG. 6) are turned off. However, in the switching power supply of the first embodiment, the resonance voltage is clamped by turning on the diodes 22b, 21b, 24b, and 23b in response to the turning off of each switching element. Immediately after that, the second switching element 22a, the first switching element 21a, the fourth switching element 24a, and the third switching element 23a connected in parallel are turned on, so that the voltage clamp is maintained. Therefore, in the switching power supply of the first embodiment, unnecessary resonance voltage does not occur.

【0058】次に、フルブリッジコンバータについて考
察する。特開平11−89232号公報には、トランス
の1次巻線に直列にインダクタを追加する構成のスイッ
チング電源装置が開示されている。このような構成のス
イッチング電源装置は、トランスの1次巻線と追加され
たインダクタの接続点にトランスの寄生キャパシタとの
不要な共振電圧が発生し、共振電流が流れて、ノイズ発
生の原因になると考えられる。これに対し、実施の形態
1のスイッチング電源装置の場合、第1のインダクタ4
1a及び第2のインダクタ41bによって蓄えられたエ
ネルギーによる電流は、第1のインダクタ41a及び第
2のインダクタ41bが磁気的に結合しているため、第
2のスイッチング手段22とダイオード52、または、
第4のスイッチング手段24とダイオード51で分流さ
れ、トランスの両端の電圧は実質的にゼロに固定され
る。このため、トランス31に寄生キャパシタが存在し
ても、第1のインダクタ41a及び第2のインダクタ4
1bとの不要な共振は発生しない。
Next, a full bridge converter will be considered. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-89232 discloses a switching power supply device having a configuration in which an inductor is added in series to a primary winding of a transformer. In the switching power supply having such a configuration, an unnecessary resonance voltage between a parasitic capacitor of the transformer and a primary capacitor of the transformer and an additional inductor is generated at a connection point, and a resonance current flows. It is considered to be. On the other hand, in the case of the switching power supply of the first embodiment, the first inductor 4
The current due to the energy stored by the first inductor 41a and the second inductor 41b is, because the first inductor 41a and the second inductor 41b are magnetically coupled, the second switching means 22 and the diode 52, or
The current is divided by the fourth switching means 24 and the diode 51, and the voltage across the transformer is substantially fixed to zero. Therefore, even if a parasitic capacitor exists in the transformer 31, the first inductor 41 a and the second inductor 4
Unnecessary resonance with 1b does not occur.

【0059】実施の形態1のスイッチング電源装置にお
いて、第1のスイッチング素子21aがターンオフして
から第2のスイッチング素子22aがターンオンするま
での期間、第2のスイッチング素子22aがターンオフ
してから第1のスイッチング素子21aがターンオンす
るまでの期間、第3スイッチング素子23aがターンオ
フしてから第4のスイッチング素子24aがターンオン
するまでの期間、第4のスイッチング素子24aがター
ンオフしてから第3のスイッチング素子23aがターン
オンするまでの期間は、第1から第4のスイッチング手
段に印加される電圧を検知する方法を用いて設定した。
本発明はこのような設定方法に限定されるものではな
く、例えば第1から第4のスイッチング素子に並列接続
されたダイオードを流れる電流を検知して設定する方法
を用いたり、又は予め一定の時間を設定しておくことに
より期間設定できることは言うまでもない。
In the switching power supply device of the first embodiment, the first switching element 21a is turned off and the second switching element 22a is turned on, and the first switching element 22a is turned off and the first switching element 22a is turned off. During the period until the third switching element 23a is turned off and the fourth switching element 24a is turned on, the third switching element is turned off after the fourth switching element 24a is turned off. The period until 23a is turned on is set using a method of detecting the voltage applied to the first to fourth switching means.
The present invention is not limited to such a setting method. For example, a method of detecting and setting a current flowing through a diode connected in parallel to the first to fourth switching elements may be used, or a predetermined time may be used. Needless to say, the period can be set by setting.

【0060】また、実施の形態1においては、第1から
第4のスイッチング素子21a、22a、23a、24
aに寄生的に存在する並列接続されたキャパシタ21
c、22c、23c、24cに加えて、電圧の変化をさ
らに緩やかにすることによってノイズ成分をさらに減ら
すために、外付けでコンデンサを追加することも可能で
ある。このような構成にしても基本動作において実施の
形態1と有意な差はない。さらに、キャパシタ21c、
22c、23c、24cは、並列されたスイッチング素
子及びダイオードの寄生キャパシタであるとしたが、回
路パターンに含まれる浮遊キャパシタをも包含して考え
ることができることは当然である。以上のように、実施
の形態1によれば、広い負荷範囲にわたって、高効率に
すること及び低ノイズにすることが可能なスイッチング
電源装置を提供することができる。
In the first embodiment, the first to fourth switching elements 21a, 22a, 23a, 24
a parasitically connected capacitor 21 a
In addition to c, 22c, 23c, and 24c, it is also possible to add an external capacitor in order to further reduce the noise component by making the voltage change more gentle. Even with such a configuration, there is no significant difference from the first embodiment in the basic operation. Further, the capacitor 21c,
Although 22c, 23c, and 24c are parasitic capacitors of switching elements and diodes arranged in parallel, it is obvious that floating capacitors included in a circuit pattern can be considered. As described above, according to the first embodiment, it is possible to provide a switching power supply device capable of achieving high efficiency and low noise over a wide load range.

【0061】《実施の形態2》次に、本発明に係る実施
の形態2のスイッチング電源装置について図4及び図5
を参照しつつ説明する。図4は本発明の実施の形態2の
スイッチング電源装置の構成を示す回路図である。図5
は実施の形態2のスイッチング電源装置における動作を
説明するための波形図である。実施の形態2のスイッチ
ング電源装置において、前述の実施の形態1と同一機能
及び構成を有する部分には同一符号を付しその説明は省
略する。
Second Embodiment Next, a switching power supply according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the switching power supply according to Embodiment 2 of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a waveform diagram for explaining an operation in the switching power supply device according to the second embodiment. In the switching power supply device according to the second embodiment, portions having the same functions and configurations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0062】実施の形態2のスイッチング電源装置は、
図4に示すように、前述の図1に示した実施の形態1の
スイッチング電源装置に比べると、ダイオード51、5
2を削除し、その代わりにダイオード53、54が挿入
されている。図4に示すように、実施の形態2における
ダイオード53のアノードは、トランス31の1次巻線
31aの第1の端子に接続され、ダイオード53のカソ
ードは入力端子12aに接続されている。ダイオード5
4のアノードは、トランス31の1次巻線31aの第2
の端子に接続され、ダイオード54のカソードは入力端
子12aに接続されている。
The switching power supply according to the second embodiment
As shown in FIG. 4, compared to the switching power supply of the first embodiment shown in FIG.
2 is deleted, and diodes 53 and 54 are inserted instead. As shown in FIG. 4, the anode of the diode 53 according to the second embodiment is connected to the first terminal of the primary winding 31a of the transformer 31, and the cathode of the diode 53 is connected to the input terminal 12a. Diode 5
4 is connected to the second winding of the primary winding 31a of the transformer 31.
, And the cathode of the diode 54 is connected to the input terminal 12a.

【0063】図5に示した実施の形態2のスイッチング
電源装置における動作波形図において、前述の実施の形
態1のスイッチング電源装置における図2の動作波形図
と同一の回路構成部分における波形についてはその説明
は省略する。図5において、I53はダイオード53を
流れる電流波形を示しており、I54はダイオード54
を流れる電流波形を示している。
In the operation waveform diagram of the switching power supply device of the second embodiment shown in FIG. 5, the waveforms of the same circuit components as those of the operation waveform diagram of FIG. Description is omitted. In FIG. 5, I53 indicates a waveform of a current flowing through the diode 53, and I54 indicates a current of the diode 54.
2 shows a waveform of a current flowing through.

【0064】図4に示した実施の形態2のスイッチング
電源装置において、制御回路71の出力である制御信号
G1と第1のスイッチング手段21のオン・オフ動作
は、前述の実施の形態1のスイッチング電源装置におけ
る制御回路71の出力である制御信号G2と第2のスイ
ッチング手段22のオン・オフ動作と同等である。ま
た、制御回路71の出力である制御信号G2と第2のス
イッチング手段22のオン・オフ動作は、前述の実施の
形態1のスイッチング電源装置における制御回路71の
出力である制御信号G1と第1のスイッチング手段21
のオン・オフ動作と同等である。また、制御回路71の
出力である制御信号G3と第3のスイッチング手段23
のオン・オフ動作は、前述の実施の形態1のスイッチン
グ電源装置における制御回路71の出力である制御信号
G4と第4のスイッチング手段24のオン・オフ動作と
同等である。さらに、制御回路71の出力である制御信
号G4と第4のスイッチング手段24の動作は、前述の
実施の形態1のスイッチング電源装置における制御回路
71の出力である制御信号G3と第3のスイッチング手
段23のオン・オフ動作と同等である。
In the switching power supply of the second embodiment shown in FIG. 4, the control signal G1 output from the control circuit 71 and the on / off operation of the first switching means 21 are the same as those of the first embodiment. This is equivalent to the control signal G2 output from the control circuit 71 in the power supply device and the on / off operation of the second switching means 22. The control signal G2 output from the control circuit 71 and the on / off operation of the second switching means 22 are controlled by the control signal G1 output from the control circuit 71 and the first control signal G1 in the switching power supply of the first embodiment. Switching means 21
Is equivalent to the on / off operation of Also, the control signal G3 output from the control circuit 71 and the third switching means 23
The on / off operation is the same as the control signal G4 output from the control circuit 71 and the on / off operation of the fourth switching means 24 in the switching power supply of the first embodiment. Further, the control signal G4, which is the output of the control circuit 71, and the operation of the fourth switching means 24 are based on the control signal G3, which is the output of the control circuit 71 in the switching power supply of the first embodiment, and the third switching means. 23 is equivalent to the on / off operation.

【0065】また、実施の形態2におけるダイオード5
3及びダイオード54の各動作は、実施の形態1のスイ
ッチング電源装置におけるダイオード51及びダイオー
ド52の各動作と同等である。実施の形態2のトランス
31、ダイオード61、62の動作は、実施の形態1の
スイッチング電源装置におけるトランス31、ダイオー
ド61、62の動作と電圧・電流の位相が180°反転
したものになる。実施の形態2のスイッチング電源装置
におけるその他の回路部分の動作は、前述の実施の形態
1と同等である。
The diode 5 according to the second embodiment
The operations of the diode 3 and the diode 54 are the same as the operations of the diode 51 and the diode 52 in the switching power supply of the first embodiment. The operation of the transformer 31 and the diodes 61 and 62 according to the second embodiment is the same as the operation of the transformer 31 and the diodes 61 and 62 in the switching power supply according to the first embodiment except that the phase of the voltage / current is inverted by 180 °. The operation of the other circuit portions in the switching power supply of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.

【0066】以下、実施の形態2における出力電圧につ
いて検討する。実施の形態2のスイッチング電源装置に
おいて、時刻T1から第1のスイッチング素子21aが
オンするまでの期間、時刻T3から第4のスイッチング
素子24aがオンするまでの期間、時刻T5から第3の
スイッチング素子23aがオンするまでの期間、及び時
刻T7から第2のスイッチング素子22aがオンするま
での期間は、それぞれ短いので無視する。また、第2の
スイッチング素子22aのオン期間と第4のスイッチン
グ素子24aのオン期間を等しくTonとする。第2の
スイッチング素子22aがターンオフしてから第4のス
イッチング素子24aがターンオンするまでのオフ期間
と、第4のスイッチング素子24aがターンオフしてか
ら第2のスイッチング素子22aがターンオンするまで
のオフ期間を等しくToffとする。実施の形態2にお
いて、図5に示されているように、第2のスイッチング
素子22a及び第4のスイッチング素子24aのデュー
ティ比は50%以下に設定されている。また、実施の形
態2における出力電圧と入力電圧との関係は、前述の実
施の形態1で示した出力電圧[Vout]と入力電圧
[Vin]とを示す式(10)と同様の関係を有する。
Hereinafter, the output voltage in the second embodiment will be discussed. In the switching power supply device according to the second embodiment, a period from time T1 to when first switching element 21a is turned on, a period from time T3 to when fourth switching element 24a is turned on, and a third switching element from time T5. A period until the second switching element 22a is turned on and a period until the second switching element 22a is turned on from the time T7 are short and are ignored. Further, the ON period of the second switching element 22a and the ON period of the fourth switching element 24a are set to Ton. An off period from when the second switching element 22a turns off to when the fourth switching element 24a turns on, and an off period from when the fourth switching element 24a turns off to when the second switching element 22a turns on. Are equally Toff. In the second embodiment, as shown in FIG. 5, the duty ratio of the second switching element 22a and the fourth switching element 24a is set to 50% or less. The relationship between the output voltage and the input voltage in the second embodiment has the same relationship as Expression (10) indicating the output voltage [Vout] and the input voltage [Vin] described in the first embodiment. .

【0067】次に、実施の形態2におけるダイオード5
3、54は、実施の形態1で示したダイオード51、5
2と異なり、トランス31の両端から入力直流電源の正
極に繋がれた入力端子12aに接続されている理由を簡
単に説明する。実施の形態1においては、図3に示した
ように、入力端子12bに接続された第2のスイッチン
グ手段22と第4のスイッチング手段24が同時にオン
する期間が存在する。その期間において、第2のスイッ
チング手段22、インダクタ41a、トランス31の1
次巻線31a、前記インダクタ41aと結合されたイン
ダクタ41b、第4のスイッチング手段24がループを
作る。このループを流れる電流は、トランス31の1次
巻線31aを流れる電流によって制限される。結合され
たインダクタ41a、41bの持っているエネルギーを
保持しようとして、インダクタ41a、41bに流れる
電流の内、トランス31の1次巻線31aに流れる電流
を超える部分は、インダクタ41a、又はインダクタ4
1bの両端間を短絡して流す。このため、実施の形態1
においては、インダクタ41a、41bの端子と入力端
子12bとの間にダイオード51、52をそれぞれ接続
して、所望の動作を行うよう構成した。
Next, the diode 5 according to the second embodiment will be described.
3 and 54 are the diodes 51 and 5 shown in the first embodiment.
2, the reason why both ends of the transformer 31 are connected to the input terminal 12a connected to the positive terminal of the input DC power supply will be briefly described. In the first embodiment, as shown in FIG. 3, there is a period in which the second switching means 22 and the fourth switching means 24 connected to the input terminal 12b are simultaneously turned on. During that period, the second switching means 22, the inductor 41a, and the
The next winding 31a, the inductor 41b coupled to the inductor 41a, and the fourth switching means 24 form a loop. The current flowing through this loop is limited by the current flowing through the primary winding 31a of the transformer 31. In order to maintain the energy of the coupled inductors 41a and 41b, a portion of the current flowing through the inductors 41a and 41b that exceeds the current flowing through the primary winding 31a of the transformer 31 is the inductor 41a or the inductor 4a.
1b is flowed by short-circuiting both ends. Therefore, the first embodiment
In the above, the diodes 51 and 52 are connected between the terminals of the inductors 41a and 41b and the input terminal 12b, respectively, to perform a desired operation.

【0068】一方、実施の形態2においては、入力端子
12aに接続された第1のスイッチング手段21と第3
のスイッチング手段23が同時にオンする期間が存在す
る。その期間において、第1のスイッチング手段21、
インダクタ41a、トランス31の1次巻線31a、前
記インダクタ41aと結合されたインダクタ41b、第
3のスイッチング手段23がループを作る。このループ
を流れる電流は、トランス31の1次巻線31aを流れ
る電流によって制限される。結合されたインダクタ41
a、41bが持っているエネルギーを保持しようとし
て、インダクタ41a、41bに流れる電流の内、トラ
ンス31の1次巻線31aに流れる電流を超える部分
は、インダクタ41a、又はインダクタ41bの両端間
を短絡して流れる。このため、インダクタ41a、41
bの端子と、入力端子12aとの間に短絡手段が必要で
あり、その短絡手段として実施の形態2においてはダイ
オード53、54を挿入してある。
On the other hand, in the second embodiment, the first switching means 21 connected to the input terminal 12a and the third
There is a period during which the switching means 23 are simultaneously turned on. In that period, the first switching means 21,
The inductor 41a, the primary winding 31a of the transformer 31, the inductor 41b coupled to the inductor 41a, and the third switching means 23 form a loop. The current flowing through this loop is limited by the current flowing through the primary winding 31a of the transformer 31. Coupled inductor 41
In order to hold the energy of the inductors 41a and 41b, the portion of the current flowing through the inductors 41a and 41b that exceeds the current flowing through the primary winding 31a of the transformer 31 is short-circuited between both ends of the inductor 41a or the inductor 41b. And flow Therefore, the inductors 41a, 41
Shorting means is required between the terminal b and the input terminal 12a, and the diodes 53 and 54 are inserted as the shorting means in the second embodiment.

【0069】実施の形態2のスイッチング電源装置は、
実施の形態1のスイッチング電源装置と同様に、第1か
ら第4のスイッチング素子21a、22a、23a、2
4aのターンオン直前に、それぞれのスイッチング素子
に寄生的に存在するキャパシタ21c、22c、23
c、24cを第1のインダクタ41a及び第2のインダ
クタ41bに蓄えられたエネルギーを用いて放電してか
らターンオンする。このため、サージ状の短絡電流を大
幅に低減でき、効率の改善、ノイズの発生を抑えること
が可能である。また、実施の形態2のスイッチング電源
装置において、軽負荷へ対応する必要がある場合、第1
のインダクタ41a及び第2のインダクタ41bのイン
ダクタンス値を大きく設定することによりインダクタに
蓄えられるエネルギーを増やして、各スイッチング手段
の寄生キャパシタは十分充放電できる。これにより、実
施の形態2のスイッチング電源装置は、軽負荷時におい
ても効率の改善、ノイズの発生を抑えることが可能であ
る。また、実施の形態2のスイッチング電源装置におい
ては、トランスの漏れインダクタンスや配線に寄生する
インダクタンスによる不要な共振電圧の発生が防止され
ている。
The switching power supply according to the second embodiment
As in the switching power supply of the first embodiment, first to fourth switching elements 21a, 22a, 23a,
Immediately before the turn-on of 4a, capacitors 21c, 22c, and 23 that are parasitically present in each switching element.
c and 24c are discharged using the energy stored in the first inductor 41a and the second inductor 41b, and then turned on. Therefore, the surge-like short-circuit current can be significantly reduced, and the efficiency can be improved and the generation of noise can be suppressed. In the switching power supply according to the second embodiment, when it is necessary to cope with a light load, the first
By setting the inductance values of the inductor 41a and the second inductor 41b to be large, the energy stored in the inductors is increased, and the parasitic capacitors of each switching means can be charged and discharged sufficiently. As a result, the switching power supply according to the second embodiment can improve efficiency and suppress generation of noise even under a light load. Further, in the switching power supply device according to the second embodiment, generation of an unnecessary resonance voltage due to the leakage inductance of the transformer and the parasitic inductance of the wiring is prevented.

【0070】次に、フルブリッジコンバータについて考
察する。特開平11−89232号公報には、トランス
の1次巻線に直列にインダクタを追加する構成のスイッ
チング電源装置が開示されている。このような構成のス
イッチング電源装置は、トランスの1次巻線と追加され
たインダクタの接続点にトランスの寄生キャパシタとの
不要な共振電圧が発生し、共振電流が流れて、ノイズ発
生の原因になると考えられる。これに対し、実施の形態
2のスイッチング電源装置の場合、第1のインダクタ4
1a及び第2のインダクタ41bによって蓄えられたエ
ネルギーによる電流は、第1のインダクタ41a及び第
2のインダクタ41bが磁気的に結合しているため、第
1のスイッチング手段21とダイオード54、または、
第3のスイッチング手段23とダイオード53で分流さ
れる。そして、トランスの両端の電圧は実質的にゼロに
固定される。このため、トランス31に寄生キャパシタ
が存在しても、第1のインダクタ41a及び第2のイン
ダクタ41bとの不要な共振は発生しない。
Next, a full bridge converter will be considered. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-89232 discloses a switching power supply device having a configuration in which an inductor is added in series to a primary winding of a transformer. In the switching power supply having such a configuration, an unnecessary resonance voltage between a parasitic capacitor of the transformer and a primary capacitor of the transformer and an additional inductor is generated at a connection point, and a resonance current flows. It is considered to be. On the other hand, in the case of the switching power supply of the second embodiment, the first inductor 4
The current due to the energy stored by the first inductor 41a and the second inductor 41b is, because the first inductor 41a and the second inductor 41b are magnetically coupled, the first switching means 21 and the diode 54, or
The current is divided by the third switching means 23 and the diode 53. Then, the voltage across the transformer is fixed to substantially zero. For this reason, even if a parasitic capacitor exists in the transformer 31, unnecessary resonance with the first inductor 41a and the second inductor 41b does not occur.

【0071】実施の形態2のスイッチング電源装置にお
いて、第1のスイッチング素子21aがターンオフして
から第2のスイッチング素子22aがターンオンするま
での期間、第2のスイッチング素子22aがターンオフ
してから第1のスイッチング素子21aがターンオンす
るまでの期間、第3スイッチング素子23aがターンオ
フしてから第4のスイッチング素子24aがターンオン
するまでの期間、第4のスイッチング素子24aがター
ンオフしてから第3のスイッチング素子23aがターン
オンするまでの期間は、実施の形態1と同様に第1から
第4のスイッチング手段に印加される電圧を検知する方
法を用いて設定した。本発明はこのような設定方法に限
定されるものではなく、例えば第1から第4のスイッチ
ング素子に並列接続されたダイオードを流れる電流を検
知して設定する方法を用いたり、又は予め一定の時間を
設定しておくことにより期間設定を行うことができる。
In the switching power supply according to the second embodiment, during the period from when the first switching element 21a is turned off to when the second switching element 22a is turned on, the first switching element 22a is turned off and then the first switching element 22a is turned off. During the period until the third switching element 23a is turned off and the fourth switching element 24a is turned on, the third switching element is turned off after the fourth switching element 24a is turned off. The period until 23a is turned on is set using the method of detecting the voltage applied to the first to fourth switching means, as in the first embodiment. The present invention is not limited to such a setting method. For example, a method of detecting and setting a current flowing through a diode connected in parallel to the first to fourth switching elements may be used, or a predetermined time may be used. Is set, the period can be set.

【0072】また、実施の形態2においては、第1から
第4のスイッチング素子21a、22a、23a、24
aに寄生的に存在する並列接続されたキャパシタ21
c、22c、23c、24cに加えて、電圧の変化をさ
らに緩やかにすることによってノイズ成分をさらに減ら
すために、外付けでコンデンサを追加することも可能で
ある。このような構成にしても基本動作において実施の
形態1と有意な差はない。さらに、キャパシタ21c、
22c、23c、24cは、並列されたスイッチング素
子及びダイオードの寄生キャパシタであるとしたが、回
路パターンに含まれる浮遊キャパシタをも包含して考え
ることができることは当然である。以上のように、実施
の形態2によれば、広い負荷範囲にわたって、高効率に
すること及び低ノイズにすることが可能なスイッチング
電源装置を提供することができる。
In the second embodiment, the first to fourth switching elements 21a, 22a, 23a, 24
a parasitically connected capacitor 21 a
In addition to c, 22c, 23c, and 24c, it is also possible to add an external capacitor in order to further reduce the noise component by making the voltage change more gentle. Even with such a configuration, there is no significant difference from the first embodiment in the basic operation. Further, the capacitor 21c,
Although 22c, 23c, and 24c are parasitic capacitors of switching elements and diodes arranged in parallel, it is obvious that floating capacitors included in a circuit pattern can be considered. As described above, according to the second embodiment, it is possible to provide a switching power supply device capable of achieving high efficiency and low noise over a wide load range.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上、具体的な実施の形態について詳細
に説明したところから明らかなように、本発明は次の効
果を有する。本発明に係るスイッチング電源装置は、第
1から第4のスイッチング手段のターンオン直前に、そ
れぞれのスイッチング手段に寄生して存在するキャパシ
タを結合された第1のインダクタと第2のインダクタに
蓄えられたエネルギーを用いて充放電してからターンオ
ンするよう構成されている。このため、本発明によれ
ば、サージ状の短絡電流の発生を防止し又は短絡電流を
低減して、効率の改善、ノイズの発生を抑えることが可
能なスイッチング電源装置を得ることができる。
As apparent from the detailed description of the specific embodiments, the present invention has the following effects. In the switching power supply according to the present invention, immediately before the first to fourth switching units are turned on, the capacitors that are parasitically present in the respective switching units are stored in the first inductor and the second inductor that are coupled. It is configured to be turned on after charging and discharging using energy. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a switching power supply device capable of preventing the occurrence of a surge-like short-circuit current or reducing the short-circuit current, improving the efficiency, and suppressing the generation of noise.

【0074】また、本発明のスイッチング電源装置にお
いては、第1のインダクタ及び第2のインダクタの各イ
ンダクタンス値を大きく設定することにより、広い負荷
範囲にわたって効率の改善、ノイズの発生を抑えること
が可能である。また、本発明のスイッチング電源装置に
おいては、第1から第4のスイッチング素子のターンオ
フ時にそれぞれの第2、第1、第4、第3のスイッチン
グ素子に並列接続されたダイオードがオン状態となるこ
とにより共振電圧がクランプされる。その直後に、本発
明のスイッチング電源装置は、並列接続された第2、第
1、第4、第3のスイッチング素子がオン状態となるこ
とにより、電圧クランプが維持され、不要な共振電圧が
発生することはない。
In the switching power supply of the present invention, the efficiency can be improved and the generation of noise can be suppressed over a wide load range by setting the respective inductance values of the first inductor and the second inductor to be large. It is. In the switching power supply of the present invention, the diodes connected in parallel to the respective second, first, fourth, and third switching elements are turned on when the first to fourth switching elements are turned off. Causes the resonance voltage to be clamped. Immediately thereafter, the switching power supply of the present invention maintains the voltage clamp by turning on the second, first, fourth, and third switching elements connected in parallel, and generates an unnecessary resonance voltage. I will not do it.

【0075】また、本発明のスイッチング電源装置にお
いて、第1のインダクタと第2のインダクタによって蓄
えられたエネルギーによる電流は、第1のインダクタと
第2のインダクタが磁気的に結合しているため、第2の
スイッチング素子と第2のダイオード及び第4のスイッ
チング素子と第1のダイオードに流れる。これにより、
本発明によれば、第1のインダクタ及び第2のインダク
タとトランスの寄生キャパシタとの不要な共振が発生せ
ず、広い負荷範囲にわたって高効率化及び低ノイズ化が
可能なスイッチング電源装置を実現できる。
Also, in the switching power supply of the present invention, the current due to the energy stored by the first inductor and the second inductor is magnetically coupled between the first inductor and the second inductor. The current flows through the second switching element and the second diode, and flows through the fourth switching element and the first diode. This allows
According to the present invention, it is possible to realize a switching power supply device in which unnecessary resonance between the first and second inductors and the parasitic capacitor of the transformer does not occur and high efficiency and low noise can be achieved over a wide load range. .

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

【図1】本発明に係る実施の形態1のスイッチング電源
装置の構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明に係る実施の形態1のスイッチング電源
装置における各部の動作を示す波形図である。
FIG. 2 is a waveform chart showing the operation of each unit in the switching power supply according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】(a)本発明に係る実施の形態1のスイッチン
グ電源装置における第1のインダクタ及び第2のインダ
クタの動作を示す説明図である。 (b)本発明に係る実施の形態1のスイッチング電源装
置における第2のダイオード及び第4のスイッチング手
段を流れる電流波形図である。
FIG. 3A is an explanatory diagram showing operations of a first inductor and a second inductor in the switching power supply according to the first embodiment of the present invention; (B) A current waveform diagram flowing through the second diode and the fourth switching means in the switching power supply according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明に係る実施の形態2のスイッチング電源
装置の構成を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply device according to Embodiment 2 of the present invention.

【図5】本発明に係る実施の形態2のスイッチング電源
装置における各部の動作を示す波形図である。
FIG. 5 is a waveform chart showing the operation of each unit in the switching power supply according to Embodiment 2 of the present invention.

【図6】従来のフルブリッジコンバータの構成を示す回
路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional full-bridge converter.

【図7】従来のフルブリッジコンバータにおける各部の
動作を示す波形図である。
FIG. 7 is a waveform chart showing the operation of each unit in a conventional full-bridge converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 入力直流電源 12a、12b 入力端子 21 第1のスイッチング手段 21a 第1のスイッチング素子 21b ダイオード 21c キャパシタ 22 第2のスイッチング手段 22a 第2のスイッチング素子 22b ダイオード 22c キャパシタ 23 第3のスイッチング手段 23a 第3のスイッチング素子 23b ダイオード 23c キャパシタ 24 第4のスイッチング手段 24a 第4のスイッチング素子 24b ダイオード 24c キャパシタ 31 トランス 31a 1次巻線 31b 第1の2次巻線 31c 第2の2次巻線 41a 第1のインダクタ 41b 第2のインダクタ 51 ダイオード 52 ダイオード 53 ダイオード 54 ダイオード 61 ダイオード 62 ダイオード 63 第3のインダクタ 64 平滑コンデンサ 65a、65b 出力端子 66 負荷 71 制御回路 11 Input DC Power Supply 12a, 12b Input Terminal 21 First Switching Means 21a First Switching Element 21b Diode 21c Capacitor 22 Second Switching Means 22a Second Switching Element 22b Diode 22c Capacitor 23 Third Switching Means 23a Third Switching element 23b diode 23c capacitor 24 fourth switching means 24a fourth switching element 24b diode 24c capacitor 31 transformer 31a primary winding 31b first secondary winding 31c second secondary winding 41a first Inductor 41b Second inductor 51 Diode 52 Diode 53 Diode 54 Diode 61 Diode 62 Diode 63 Third inductor 64 Smoothing capacitor 65a, 6 5b output terminal 66 load 71 control circuit

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 デッドタイム期間を有して交互にオンオ
フする第1のスイッチング手段と第2のスイッチング手
段とを有し、入力直流電源に接続された第1の直列回
路、 デッドタイム期間を有して、交互にオンオフする第3の
スイッチング手段と第4のスイッチング手段とを有し、
前記入力直流電源に接続された第2の直列回路、 少なくとも1次巻線と2次巻線とを有するトランス、 前記トランスの1次巻線の第1の端子と、前記第1のス
イッチング手段と前記第2のスイッチング手段の接続点
との間に接続した第1のインダクタ、 前記トランスの1次巻線の第2の端子と、前記第3のス
イッチング手段と前記第4のスイッチング手段の接続点
との間に接続され、かつ前記第1のインダクタと磁気的
に結合している第2のインダクタ、 前記トランスの1次巻線の第1の端子と前記入力直流電
源の負極との間に接続した第1のダイオード、 前記トランスの1次巻線の第2の端子と前記入力直流電
源の負極との間に接続した第2のダイオード、 前記トランスの2次巻線に誘起する電圧を整流平滑する
整流平滑手段、及び前記第1のスイッチング手段に含ま
れる制御可能なスイッチング素子のデューティ比、また
は、前記第3のスイッチング手段に含まれる制御可能な
スイッチング素子のデューティ比、または、その両方の
比を制御するオンオフ制御手段、 を具備することを特徴とするスイッチング電源装置。
1. A first series circuit connected to an input DC power supply, comprising a first switching means and a second switching means which are alternately turned on and off with a dead time period, and have a dead time period. And a third switching means and a fourth switching means which are alternately turned on and off,
A second series circuit connected to the input DC power supply, a transformer having at least a primary winding and a secondary winding, a first terminal of a primary winding of the transformer, and the first switching means. A first inductor connected between a connection point of the second switching means, a second terminal of a primary winding of the transformer, and a connection point of the third switching means and the fourth switching means; And a second inductor magnetically coupled with the first inductor, connected between a first terminal of a primary winding of the transformer and a negative electrode of the input DC power supply. A first diode, a second diode connected between a second terminal of a primary winding of the transformer and a negative electrode of the input DC power supply, and a rectifier smoothing voltage induced in a secondary winding of the transformer. Rectifying and smoothing means, and On / off control means for controlling a duty ratio of a controllable switching element included in the first switching means, a duty ratio of a controllable switching element included in the third switching means, or a ratio of both. A switching power supply device comprising:
【請求項2】 前記第1のスイッチング手段及び第3の
スイッチング手段に含まれる制御可能な各スイッチング
素子は、デューティ比が50%以下であることを特徴と
する請求項1記載のスイッチング電源装置。
2. The switching power supply device according to claim 1, wherein each of the controllable switching elements included in the first switching means and the third switching means has a duty ratio of 50% or less.
【請求項3】 デッドタイム期間を有して交互にオンオ
フする第1のスイッチング手段と第2のスイッチング手
段とを有し、入力直流電源に接続された第1の直列回
路、 デッドタイム期間を有して、交互にオンオフする第3の
スイッチング手段と第4のスイッチング手段とを有し、
前記入力直流電源に接続された第2の直列回路、 少なくとも1次巻線と2次巻線とを有するトランス、 前記トランスの1次巻線の第1の端子と、前記第1のス
イッチング手段と前記第2のスイッチング手段の接続点
との間に接続した第1のインダクタ、 前記トランスの1次巻線の第2の端子と、前記第3のス
イッチング手段と前記第4のスイッチング手段の接続点
との間に接続され、かつ前記第1のインダクタと磁気的
に結合している第2のインダクタ、 前記トランスの1次巻線の第1の端子と前記入力直流電
源の正極との間に接続した第1のダイオード、 前記トランスの1次巻線の第2の端子と前記入力直流電
源の正極との間に接続した第2のダイオード、 前記トランスの2次巻線に誘起する電圧を整流平滑する
整流平滑手段、及び前記第2のスイッチング手段に含ま
れる制御可能なスイッチング素子のデューティ比、また
は、前記第4のスイッチング手段に含まれる制御可能な
スイッチング素子のデューティ比、または、その両方の
比を制御するオンオフ制御手段、を具備することを特徴
とするスイッチング電源装置。
3. A first series circuit connected to an input DC power supply, comprising a first switching means and a second switching means which are turned on and off alternately with a dead time period, and have a dead time period. And a third switching means and a fourth switching means which are alternately turned on and off,
A second series circuit connected to the input DC power supply, a transformer having at least a primary winding and a secondary winding, a first terminal of a primary winding of the transformer, and the first switching means. A first inductor connected between a connection point of the second switching means, a second terminal of a primary winding of the transformer, and a connection point of the third switching means and the fourth switching means; And a second inductor magnetically coupled with the first inductor, connected between a first terminal of a primary winding of the transformer and a positive electrode of the input DC power supply. A first diode, a second diode connected between a second terminal of a primary winding of the transformer and a positive electrode of the input DC power supply, and a rectifier smoothing voltage induced in a secondary winding of the transformer. Rectifying and smoothing means, and On / off control means for controlling a duty ratio of a controllable switching element included in the second switching means, or a duty ratio of a controllable switching element included in the fourth switching means, or a ratio of both. A switching power supply device comprising:
【請求項4】 前記第2のスイッチング手段及び第4の
スイッチング手段に含まれる制御可能な各スイッチング
素子は、デューティ比が50%以下であることを特徴と
する請求項3記載のスイッチング電源装置。
4. The switching power supply according to claim 3, wherein each of the controllable switching elements included in the second switching means and the fourth switching means has a duty ratio of 50% or less.
【請求項5】 前記第1のスイッチング手段をオンオフ
するパルスと前記第3のスイッチング手段のオンオフす
るパルスの位相を180°ずらして制御することを特徴
とする請求項1又は請求項3記載のスイッチング電源装
置。
5. The switching according to claim 1, wherein a phase of a pulse for turning on and off the first switching means and a phase of a pulse for turning on and off the third switching means are shifted by 180 °. Power supply.
【請求項6】 前記第1のスイッチング手段、前記第2
のスイッチング手段、前記第3のスイッチング手段及び
前記第4のスイッチング手段のそれぞれを、制御可能な
スイッチング素子とダイオードの並列接続体とにより構
成したことを特徴とする請求項1又は請求項3記載のス
イッチング電源装置。
6. The first switching means, the second switching means,
4. The switching device according to claim 1, wherein each of the switching device, the third switching device, and the fourth switching device includes a controllable switching element and a parallel-connected diode. Switching power supply.
【請求項7】 前記第1のスイッチング手段、前記第2
のスイッチング手段、前記第3のスイッチング手段及び
第4のスイッチング手段のそれぞれを、並列なダイオー
ドを内蔵した制御可能なスイッチング素子であるFET
のみで構成したことを特徴とする請求項1又は請求項3
記載のスイッチング電源装置。
7. The first switching means, the second switching means,
Each of the switching means, the third switching means and the fourth switching means are FETs which are controllable switching elements incorporating parallel diodes.
4. The method according to claim 1, wherein the first and second components are constituted by only the first and second components.
A switching power supply as described.
【請求項8】 前記第1のスイッチング手段、前記第2
のスイッチング手段、前記第3のスイッチング手段及び
前記第4のスイッチング手段のそれぞれを、制御可能な
スイッチング素子とダイオードの並列接続体とにより構
成し、 前記第1のスイッチング手段、前記第2のスイッチング
手段、前記第3のスイッチング手段及び第4のスイッチ
ング手段のそれぞれが、印加電圧を検知し、その検知さ
れた印加電圧が実質的にゼロの状態において前記スイッ
チング素子をオンさせる制御手段を有することを特徴と
する請求項1又は請求項3記載のスイッチング電源装
置。
8. The first switching means, the second switching means,
Each of the switching means, the third switching means and the fourth switching means are constituted by a controllable switching element and a parallel connection of a diode, and the first switching means and the second switching means Each of the third switching means and the fourth switching means has control means for detecting an applied voltage and turning on the switching element when the detected applied voltage is substantially zero. The switching power supply device according to claim 1 or 3, wherein
【請求項9】 前記第1のスイッチング手段、前記第2
のスイッチング手段、前記第3のスイッチング手段及び
第4のスイッチング手段のそれぞれを、並列なダイオー
ドを内蔵した制御可能なスイッチング素子であるFET
のみで構成し、 前記第1のスイッチング手段、前記第2のスイッチング
手段、前記第3のスイッチング手段及び第4のスイッチ
ング手段のそれぞれが、印加電圧を検知し、その検知さ
れた印加電圧が実質的にゼロの状態において前記スイッ
チング素子をオンさせる制御手段を有することを特徴と
する請求項1又は請求項3記載のスイッチング電源装
置。
9. The first switching means, the second switching means,
Each of the switching means, the third switching means and the fourth switching means are FETs which are controllable switching elements incorporating parallel diodes.
Each of the first switching means, the second switching means, the third switching means, and the fourth switching means detects an applied voltage, and the detected applied voltage is substantially 4. The switching power supply device according to claim 1, further comprising control means for turning on the switching element when the switching element is in a zero state.
【請求項10】 前記第1のスイッチング手段、前記第
2のスイッチング手段、前記第3のスイッチング手段及
び前記第4のスイッチング手段のそれぞれを、制御可能
なスイッチング素子とダイオードの並列接続体とにより
構成し、 前記第1のスイッチング手段、前記第2のスイッチング
手段、前記第3のスイッチング手段及び第4のスイッチ
ング手段のそれぞれが、それぞれに含まれる前記ダイオ
ードに電流が流れたことを検知して前記スイッチング素
子をオンさせる制御手段を有することを特徴とする請求
項1又は3記載のスイッチング電源装置。
10. The first switching means, the second switching means, the third switching means, and the fourth switching means, each comprising a controllable switching element and a parallel connection of a diode. Each of the first switching means, the second switching means, the third switching means, and the fourth switching means detects that a current flows through the diode included therein, and performs the switching. 4. The switching power supply according to claim 1, further comprising control means for turning on the element.
【請求項11】 前記第1のスイッチング手段、前記第
2のスイッチング手段、前記第3のスイッチング手段及
び第4のスイッチング手段のそれぞれを、並列なダイオ
ードを内蔵した制御可能なスイッチング素子であるFE
Tのみで構成し、 前記第1のスイッチング手段、前記第2のスイッチング
手段、前記第3のスイッチング手段及び第4のスイッチ
ング手段のそれぞれが、それぞれに含まれる前記ダイオ
ードに電流が流れたことを検知して前記スイッチング素
子をオンさせる制御手段を有することを特徴とする請求
項1又は3記載のスイッチング電源装置。
11. The FE, wherein each of the first switching means, the second switching means, the third switching means and the fourth switching means is a controllable switching element incorporating a parallel diode.
Each of the first switching unit, the second switching unit, the third switching unit, and the fourth switching unit detects that a current flows through the diode included in each of the first switching unit, the second switching unit, the third switching unit, and the fourth switching unit. 4. The switching power supply according to claim 1, further comprising control means for turning on the switching element.
【請求項12】 前記第1のスイッチング手段、前記第
2のスイッチング手段、前記第3のスイッチング手段及
び第4スイッチング手段のそれぞれに含まれる制御可能
なそれぞれのスイッチング素子を、第1のスイッチング
素子、第2のスイッチング素子、第3のスイッチング素
子、第4のスイッチング素子とし、 前記第1のスイッチング素子がオンからオフに移行して
から前記第2のスイッチング素子がオフからオンに移行
するまでの期間、及び前記第2のスイッチング素子がオ
ンからオフに移行してから第1のスイッチング素子がオ
フからオンに移行するまでの期間、及び前記第3のスイ
ッチング素子がオンからオフに移行してから前記第4の
スイッチング素子がオフからオンに移行するまでの期
間、及び前記第4のスイッチング素子がオンからオフに
移行してから第3のスイッチング素子がオフからオンに
移行するまでの期間を一定時間に固定する制御手段を有
することを特徴とする請求項1又は請求項3記載のスイ
ッチング電源装置。
12. A control device, comprising: a first switching element, a controllable switching element included in each of the first switching means, the second switching means, the third switching means, and the fourth switching means. A second switching element, a third switching element, and a fourth switching element; a period from when the first switching element shifts from on to off to when the second switching element shifts from off to on; And the period from when the second switching element transitions from on to off to when the first switching element transitions from off to on, and after the third switching element transitions from on to off. A period until the fourth switching element transitions from off to on, and 4. The switching power supply according to claim 1, further comprising control means for fixing a fixed period of time from when the third switching element changes from off to on to when the third switching element changes from on to off. .
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