JP2002044945A - Switching power circuit - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器に電
源として備えられるスイッチング電源回路に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply circuit provided as a power supply for various electronic devices.
【0002】[0002]
【従来の技術】スイッチング電源回路として、例えばフ
ライバックコンバータやフォワードコンバータなどの形
式のスイッチングコンバータを採用したものが広く知ら
れている。これらのスイッチングコンバータはスイッチ
ング動作波形が矩形波状であることから、スイッチング
ノイズの抑制には限界がある。また、その動作特性上、
電力変換効率の向上にも限界があることがわかってい
る。そこで、先に本出願人により、各種共振形コンバー
タによるスイッチング電源回路が各種提案されている。
共振形コンバータは容易に高電力変換効率が得られると
共に、スイッチング動作波形が正弦波状となることで低
ノイズが実現される。また、比較的少数の部品点数によ
り構成することができるというメリットも有している。2. Description of the Related Art As a switching power supply circuit, a circuit employing a switching converter of a type such as a flyback converter or a forward converter is widely known. Since these switching converters have a rectangular switching operation waveform, there is a limit in suppressing switching noise. Also, due to its operating characteristics,
It has been found that there is a limit in improving the power conversion efficiency. Therefore, the present applicant has previously proposed various switching power supply circuits using various resonance type converters.
The resonance type converter can easily obtain high power conversion efficiency and realize low noise because the switching operation waveform is sinusoidal. It also has the advantage that it can be configured with a relatively small number of parts.
【0003】図9の回路図は、先に本出願人が提案した
発明に基づいて構成することのできる、先行技術として
のスイッチング電源回路の一例を示している。この図に
示す電源回路の基本構成としては、一次側スイッチング
コンバータとして電圧共振形コンバータを備えている。FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a prior art switching power supply circuit which can be constructed based on the invention proposed by the present applicant. As a basic configuration of the power supply circuit shown in this figure, a voltage resonance type converter is provided as a primary side switching converter.
【0004】この図に示す電源回路では、ブリッジ整流
回路Di及び平滑コンデンサCiによって、商用交流電
源(交流入力電圧VAC)から交流入力電圧VACの1倍の
レベルに対応する整流平滑電圧Eiを生成する。In the power supply circuit shown in FIG. 1, a rectified and smoothed voltage Ei corresponding to a level that is one-time the AC input voltage VAC is generated from a commercial AC power supply (AC input voltage VAC) by a bridge rectifier circuit Di and a smoothing capacitor Ci. .
【0005】上記整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を
入力して断続する電圧共振形コンバータとしては、1石
によるシングルエンド方式が採用される。また駆動方式
としては自励式の構成を採っている。この場合、電圧共
振形コンバータを形成するスイッチング素子Q1には、
高耐圧のバイポーラトランジスタ(BJT;接合型トラ
ンジスタ)が選定される。このスイッチング素子Q1の
コレクタ−エミッタ間に対しては、一次側並列共振コン
デンサCrが並列に接続される。また、ベース−エミッ
タ間に対しては、クランプダイオードDDが接続され
る。ここで、並列共振コンデンサCrは、絶縁コンバー
タトランスPITの一次巻線N1に得られるリーケージ
インダクタンスL1と共に、一次側並列共振回路を形成
しており、これによって電圧共振形コンバータとしての
動作が得られるようになっている。[0005] A single-ended single-end system is adopted as a voltage resonance type converter that receives and inputs the rectified smoothed voltage Ei (DC input voltage) and is intermittent. The drive system employs a self-excited configuration. In this case, the switching element Q1 forming the voltage resonance type converter includes:
A high breakdown voltage bipolar transistor (BJT; junction transistor) is selected. A primary side parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel between the collector and the emitter of the switching element Q1. A clamp diode DD is connected between the base and the emitter. Here, the parallel resonance capacitor Cr forms a primary side parallel resonance circuit together with the leakage inductance L1 obtained in the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT, so that an operation as a voltage resonance type converter can be obtained. It has become.
【0006】そして、スイッチング素子Q1のベースに
対しては、ベース電流制限抵抗RB−駆動巻線NB−イン
ダクタLB−共振コンデンサCBから成る自励発振駆動回
路が接続される。スイッチング素子Q1には、この自励
発振駆動回路にて発生される発振信号を基とするベース
電流が供給されることでスイッチング駆動される。ここ
で、駆動巻線NBは、絶縁コンバータトランスPITの
一次側において一次巻線N1とは独立して巻装されてお
り、例えば一次巻線N1に得られる交番電圧によって励
起される。そして、この励起動作によって上記自励発振
駆動回路が発振動作を行うようにされる。A self-excited oscillation drive circuit including a base current limiting resistor RB, a drive winding NB, an inductor LB, and a resonance capacitor CB is connected to the base of the switching element Q1. The switching element Q1 is switched by being supplied with a base current based on an oscillation signal generated by the self-excited oscillation drive circuit. Here, the drive winding NB is wound independently of the primary winding N1 on the primary side of the insulating converter transformer PIT, and is excited by, for example, an alternating voltage obtained on the primary winding N1. Then, the self-excited oscillation drive circuit performs an oscillation operation by this excitation operation.
【0007】この構成では、スイッチング素子Q1のス
イッチング周波数は、上記自励発振駆動回路において、
駆動巻線NB−インダクタLB−共振コンデンサCBの直
列接続により形成される共振回路の共振周波数によっ
て、固定的に決定される。なお、起動時においては整流
平滑電圧Eiのラインから起動抵抗Rsを介してベース
に流れる起動電流によって起動される。In this configuration, the switching frequency of the switching element Q1 is set to
It is fixedly determined by the resonance frequency of the resonance circuit formed by the series connection of the drive winding NB, the inductor LB and the resonance capacitor CB. In addition, at the time of startup, it is started by a startup current flowing from the line of the rectified smoothed voltage Ei to the base via the startup resistor Rs.
【0008】絶縁コンバータトランスPITは、一次側
に得られるスイッチングコンバータのスイッチング出力
を二次側に伝送するために設けられる。この絶縁コンバ
ータトランスPITは、EE型コアに対して一次巻線N
1と二次巻線N2を分割して巻装し、中央磁脚に対しては
ギャップGを形成することで、所要の結合係数による疎
結合の状態が得られるようにして、飽和状態が得られに
くいようにしている。[0008] The insulating converter transformer PIT is provided for transmitting the switching output of the switching converter obtained on the primary side to the secondary side. This insulated converter transformer PIT has a primary winding N with respect to an EE type core.
1 and the secondary winding N2 are divided and wound, and a gap G is formed with respect to the center magnetic leg so that a loose coupling state with a required coupling coefficient can be obtained, and a saturated state can be obtained. I try to be hard to be.
【0009】この絶縁コンバータトランスPITの一次
巻線N1は、直流入力電圧(整流平滑電圧Ei)のライ
ンとスイッチング素子Q1のコレクタとの間に接続され
ている。スイッチング素子Q1は、直流入力電圧につい
てスイッチングを行うのであるが、これによって、一次
巻線N1には、スイッチング素子Q1のスイッチング出力
が供給されることとなり、スイッチング周波数に対応す
る周期の交番電圧が発生する。The primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected between the line of the DC input voltage (rectified smoothed voltage Ei) and the collector of the switching element Q1. The switching element Q1 performs switching with respect to the DC input voltage. As a result, the switching output of the switching element Q1 is supplied to the primary winding N1, and an alternating voltage having a cycle corresponding to the switching frequency is generated. I do.
【0010】絶縁コンバータトランスPITの二次側で
は、一次巻線N1により誘起された交番電圧が二次巻線
N2に発生する。この場合、二次巻線N2に対しては、二
次側並列共振コンデンサC2が並列に接続されること
で、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2と二次
側並列共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって
並列共振回路が形成される。この並列共振回路により、
二次巻線N2に誘起される交番電圧は共振電圧となる。
つまり二次側において電圧共振動作が得られる。On the secondary side of the insulating converter transformer PIT, an alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2. In this case, the secondary side parallel resonance capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2, so that the leakage inductance L2 of the secondary side winding N2 and the capacitance of the secondary side parallel resonance capacitor C2 are determined. A parallel resonance circuit is formed. With this parallel resonance circuit,
The alternating voltage induced in the secondary winding N2 becomes a resonance voltage.
That is, a voltage resonance operation is obtained on the secondary side.
【0011】即ち、この電源回路では、一次側にはスイ
ッチング動作を電圧共振形とするための並列共振回路が
備えられ、二次側には電圧共振動作を得るための並列共
振回路が備えられる。なお、本明細書では、このように
一次側及び二次側に対して共振回路が備えられて動作す
る構成のスイッチングコンバータについては、「複合共
振形スイッチングコンバータ」ともいうことにする。That is, in this power supply circuit, the primary side is provided with a parallel resonance circuit for performing a voltage resonance type switching operation, and the secondary side is provided with a parallel resonance circuit for obtaining a voltage resonance operation. In the present specification, such a switching converter configured to operate with a resonance circuit provided on the primary side and the secondary side is also referred to as a “composite resonance type switching converter”.
【0012】上記のようにして形成される電源回路の二
次側においては、二次巻線N2及び二次側並列共振コン
デンサC2から成る二次側並列共振回路に対して、図示
する接続形態によって、整流ダイオードDO1及び平滑コ
ンデンサCO1を接続することで半波整流回路が形成され
る。そして、この半波整流回路(DO1,CO1)によって
メインとされる二次側直流出力電圧EO1を生成する。こ
の二次側直流出力電圧EO1は、例えば135V程度とさ
れる。この二次側直流出力電圧EO1は、後述するPWM
制御回路42に対して分岐して入力されることで、検出
電圧として利用される。On the secondary side of the power supply circuit formed as described above, a secondary side parallel resonance circuit composed of a secondary winding N2 and a secondary side parallel resonance capacitor C2 is connected according to the connection configuration shown in FIG. By connecting the rectifier diode DO1 and the smoothing capacitor CO1, a half-wave rectifier circuit is formed. Then, the half-wave rectifier circuit (DO1, CO1) generates the secondary-side DC output voltage EO1 which is the main. The secondary side DC output voltage EO1 is, for example, about 135V. This secondary side DC output voltage EO1 is a PWM
By being branched and input to the control circuit 42, it is used as a detection voltage.
【0013】また、この場合には、二次巻線N2の巻終
わり端部側において、図示するようにタップ出力を設け
ることで、このタップ出力ラインと二次側アース間に三
次巻線N3が形成される。そして、この三次巻線N3に対
して、図示するようにして、整流ダイオードDO2及び平
滑コンデンサCO2から成る半波整流回路が接続されるこ
とで、例えば15V程度の低圧二次側直流出力電圧EO2
を生成して出力する。この低圧二次側直流出力電圧EO2
は、PWM制御回路42に対して分岐して入力されるこ
とで動作電源としても利用される。In this case, a tap output is provided at the end of the secondary winding N2 as shown in the figure, so that the tertiary winding N3 is provided between the tap output line and the secondary ground. It is formed. A half-wave rectifier circuit composed of a rectifier diode DO2 and a smoothing capacitor CO2 is connected to the tertiary winding N3 as shown in FIG.
Is generated and output. This low voltage secondary side DC output voltage EO2
Is branched and input to the PWM control circuit 42, so that it is also used as an operation power supply.
【0014】また、図9に示す回路の二次側において
は、二次側アクティブクランプ回路40が備えられる。
この二次側アクティブクランプ回路40は、図示するよ
うに、MOS−FETの補助スイッチング素子Q3とク
ランプコンデンサCCL2の直列接続回路を、二次側並列
共振回路に対して更に並列に接続して設けられる。補助
スイッチング素子Q3のドレイン−ソース間に対しては
クランプダイオードDD3が並列に接続されるが、このク
ランプダイオードDD3は、MOS−FETにおいてボデ
ィダイオードとして備えられたものが用いられている。
また、この場合の二次側アクティブクランプ回路40の
補助スイッチング素子Q3は、駆動巻線Ng2−抵抗Rg
2−Cg2による自励式駆動回路によって駆動されるよう
になっている。駆動巻線Ng2は、図示するように、絶
縁コンバータトランスPITの二次側において独立的に
巻装されるようにして設けられることで、一次側に巻装
される駆動巻線NBによって交番電圧が励起されるよう
になっている。また、駆動巻線Ng2のターン数は例え
ば1Tとされ、駆動巻線Ng2に得られる交番電圧は、
駆動巻線NBとは逆極性となるようにされている。これ
によって、駆動巻線Ng2に得られる交番電圧は、結果
的には、二次巻線N2に得られる交番電圧とも逆極性と
なり、従って、補助スイッチング素子Q3は、二次巻線
N2に得られる交番電圧によりオン/オフする二次側整
流ダイオードDO1がオフとなる期間内においてオンとな
るようにスイッチング動作を行う。On the secondary side of the circuit shown in FIG. 9, a secondary side active clamp circuit 40 is provided.
As shown, the secondary side active clamp circuit 40 is provided by connecting a series connection circuit of an auxiliary switching element Q3 of a MOS-FET and a clamp capacitor CCL2 in parallel with a secondary side parallel resonance circuit. . A clamp diode DD3 is connected in parallel between the drain and source of the auxiliary switching element Q3, and the clamp diode DD3 used is a MOS-FET provided as a body diode.
In this case, the auxiliary switching element Q3 of the secondary side active clamp circuit 40 is composed of the driving winding Ng2 and the resistance Rg.
It is driven by a self-excited drive circuit of 2-Cg2. As shown in the figure, the drive winding Ng2 is provided so as to be independently wound on the secondary side of the insulating converter transformer PIT, so that the alternating voltage is generated by the drive winding NB wound on the primary side. It is to be excited. The number of turns of the drive winding Ng2 is, for example, 1T, and the alternating voltage obtained in the drive winding Ng2 is:
The drive winding NB has a polarity opposite to that of the drive winding NB. As a result, the alternating voltage obtained at the drive winding Ng2 has the opposite polarity to the alternating voltage obtained at the secondary winding N2, and therefore, the auxiliary switching element Q3 is obtained at the secondary winding N2. The switching operation is performed so that the secondary side rectifier diode DO1, which is turned on / off by the alternating voltage, is turned on during the off period.
【0015】PWM制御回路42は、二次側アクティブ
クランプ回路40の補助スイッチング素子Q3の導通角
制御(PWM制御)を行うことで、二次側直流出力電圧
の安定化を図るために設けられている。この場合、PW
M制御回路42は、分圧抵抗R1−R2と制御素子Q5と
から成るシャントレギュレータと、ドライブトランジス
タQ4,抵抗R3,R4,R5,R6から成る反転増幅器と
を備えた誤差増幅回路として構成される。このようなP
WM制御回路42構成では、例えば交流入力電圧の上昇
や、負荷電力が軽くなるなどして二次側直流出力電圧E
O1が上昇したとすると、補助スイッチング素子Q3のス
イッチング周波数は固定で、導通角を拡大してオン期間
が長くなるように動作する。これによって、整流ダイオ
ードDO1がオンとなって導通する期間は逆に短くなっ
て、平滑コンデンサCO1に充電される整流電流量は少な
くなるために、二次側直流出力電圧EO1のレベルが低下
する。このようにして、二次側直流出力電圧の安定化を
図るようにしている。The PWM control circuit 42 is provided for stabilizing the secondary DC output voltage by performing conduction angle control (PWM control) of the auxiliary switching element Q3 of the secondary active clamp circuit 40. I have. In this case, PW
The M control circuit 42 is configured as an error amplifying circuit including a shunt regulator including a voltage dividing resistor R1-R2 and a control element Q5, and an inverting amplifier including a drive transistor Q4 and resistors R3, R4, R5, and R6. . Such a P
In the configuration of the WM control circuit 42, the secondary DC output voltage E is increased by, for example, increasing the AC input voltage or reducing the load power.
Assuming that O1 has risen, the switching frequency of the auxiliary switching element Q3 is fixed, the conduction angle is enlarged, and the ON period is extended. As a result, the period during which the rectifier diode DO1 is turned on and turned on becomes shorter, and the amount of rectified current charged in the smoothing capacitor CO1 becomes smaller, so that the level of the secondary-side DC output voltage EO1 decreases. In this way, the secondary DC output voltage is stabilized.
【0016】図10は、上記図9に示した電源回路にお
ける要部の動作を示す波形図であり、交流入力電圧VAC
=100V、負荷電力Po=200W時における動作が
示されている。スイッチング素子Q1がスイッチング動
作を行うと、スイッチング素子Q1がオフとなる期間TO
FF1においては、一次側並列共振回路の共振動作が得ら
れる。これによって、並列共振コンデンサCrの両端に
得られる並列共振電圧V1としては、図10(a)に示
すようにして、スイッチング素子Q1がオンとなる期間
TON1は0レベルで、期間TOFF1において正弦波状の共
振パルスが現れる波形となる。この並列共振電圧V1の
レベルは負荷電力変動に対応して変化し、負荷電力が重
くなるのに従って上昇する傾向を有する。FIG. 10 is a waveform diagram showing the operation of the main part of the power supply circuit shown in FIG.
= 100V and the load power Po = 200W are shown. When the switching element Q1 performs the switching operation, the period TO during which the switching element Q1 is turned off
In FF1, the resonance operation of the primary side parallel resonance circuit is obtained. As a result, as shown in FIG. 10A, as the parallel resonance voltage V1 obtained at both ends of the parallel resonance capacitor Cr, the period TON1 during which the switching element Q1 is turned on is at the 0 level, and the sine wave shape during the period TOFF1. The waveform has a resonance pulse. The level of the parallel resonance voltage V1 changes according to the load power fluctuation, and tends to increase as the load power increases.
【0017】また、スイッチング素子Q1のドレイン又
はコレクタに流れるスイッチング出力電流I1は、図1
0(b)に示すようにして、期間TOFF1には0レベル
で、期間TON1において図示する波形によって流れる。
このスイッチング出力電流I1のレベルもまた、負荷電
力Poが重くなるのに応じて高くなる傾向を有してい
る。The switching output current I1 flowing to the drain or the collector of the switching element Q1 is shown in FIG.
As shown by 0 (b), it flows at the 0 level in the period TOFF1 and flows according to the waveform shown in the period TON1.
The level of the switching output current I1 also tends to increase as the load power Po increases.
【0018】また、二次側並列共振回路(N2//C2)に
得られる二次側並列共振電圧V2は、図10(c)に示
すように、整流ダイオードDO1がオンとなる期間DONに
おいて、二次側直流出力電圧EO1のレベルでクランプさ
れ、オフとなる期間DOFFにおいては、負極性方向にお
いて300Vpを有する正弦波状のパルスとなる。Further, as shown in FIG. 10C, the secondary parallel resonance voltage V2 obtained in the secondary parallel resonance circuit (N2 // C2) is, during the period DON during which the rectifier diode DO1 is on, as shown in FIG. During a period DOFF, which is clamped at the level of the secondary side DC output voltage EO1 and turned off, a sine-wave pulse having 300 Vp in the negative polarity direction is obtained.
【0019】また、二次側アクティブクランプ回路40
の動作として、クランプコンデンサCCL2に流れるクラ
ンプ電流ICL2は、図10(d)に示す波形により、補
助スイッチング素子Q3がオン状態にあるとされる期間
TON3において流れる。この期間TON3におけるクランプ
電流ICL2は、その前半期間においてクランプダイオー
ドDD3→クランプコンデンサCCL2→二次巻線N2の経路
で流れることで負極性の波形となり、後半期間において
は、二次巻線N2→クランプコンデンサCCL2→補助スイ
ッチング素子Q3(ドレイン→ソース)の経路で流れ
る。このようにして、期間TON3においては、大部分の
二次側電流がクランプ電流ICL2として流れることで、
二次側並列共振コンデンサC2に流れる電流I2は、図1
0(e)に示すようにして、補助スイッチング素子Q3
がオフとなる期間TOFF3の開始時と終了時における短期
間において矩形波状のパルスとして流れるようにされ
る。The secondary side active clamp circuit 40
As an operation, the clamp current ICL2 flowing through the clamp capacitor CCL2 flows during the period TON3 in which the auxiliary switching element Q3 is in the ON state according to the waveform shown in FIG. The clamp current ICL2 in this period TON3 has a negative waveform by flowing through the path of the clamp diode DD3 → the clamp capacitor CCL2 → the secondary winding N2 in the first half period, and in the second half period, the secondary winding N2 → clamping It flows on the path of the capacitor CCL2 → the auxiliary switching element Q3 (drain → source). Thus, in the period TON3, most of the secondary current flows as the clamp current ICL2,
The current I2 flowing through the secondary side parallel resonance capacitor C2 is shown in FIG.
0 (e), the auxiliary switching element Q3
Is turned off, and flows as a rectangular wave pulse in a short period at the start and end of the period TOFF3 in which is turned off.
【0020】ここで、例えば駆動巻線Ng2−抵抗Rg2
−Cg2による自励式駆動回路を備えないとした場合に
は、図10(d)のクランプ電流ICL2において、破線
aで示すようにして、補助スイッチング素子Q3のター
ンオフ時の波形がなまり、急峻なターンオフ動作が得ら
れない。しかし、駆動巻線Ng2−抵抗Rg2−Cg2に
よる自励式駆動回路が備えられることで、補助スイッチ
ング素子Q3のゲート電流Igとしては、図10(f)
に示すようにして、期間TON3の開始時と終了時の短期
間において確実にターンオンとターンオフのための電流
を流すようにされていることから、補助スイッチング素
子Q3は急峻にターンオフする。これにより、PWM制
御回路42は、補助スイッチング素子Q3を安定してP
WM制御することが可能になる。Here, for example, the driving winding Ng2-the resistance Rg2
When the self-excited drive circuit based on -Cg2 is not provided, the waveform at the time of turning off the auxiliary switching element Q3 becomes blunt as shown by the broken line a in the clamp current ICL2 of FIG. No operation is obtained. However, the provision of the self-excited drive circuit using the drive winding Ng2-the resistors Rg2-Cg2 allows the gate current Ig of the auxiliary switching element Q3 to be as shown in FIG.
As shown in (1), since the current for turning on and turning off flows reliably in the short period at the start and end of the period TON3, the auxiliary switching element Q3 turns off sharply. As a result, the PWM control circuit 42 stabilizes the auxiliary switching element Q3 to P
WM control can be performed.
【0021】また、図11に、図9に示した回路の定電
圧特性として、交流入力電圧VACの変動に対する、スイ
ッチング素子Q1のオン期間TON1、及び補助スイッチン
グ素子Q3のオン期間TON3の変動特性を示す。この図に
よると、交流入力電圧VAC=80V〜140Vの範囲で
上昇していくのに対して、スイッチング素子Q1のオン
期間TON1はほぼ一定となっていることが示される。こ
れは、一次側の電圧共振形コンバータがスイッチング周
波数固定で、かつ、1スイッチング周期内のオン/オフ
期間も固定でスイッチング動作を行っていることを意味
する。これに対して、補助スイッチング素子Q3のオン
期間TON3は、交流入力電圧VACが上昇していくのに応
じて、拡大していくように変化している。これは即ち、
交流入力電圧VACの上昇に伴う二次側直流出力電圧EO1
の上昇に応じて、定電圧制御のために、補助スイッチン
グ素子Q3の導通角を拡大するようにPWM制御してい
ることを示している。なお、図9に示す回路構成では補
助スイッチング素子Q3のスイッチング周波数は固定と
なる。また、補助スイッチング素子Q3のオン期間TON3
としては、負荷電力Po=200W時とPo=50W時
との場合が示されているが、図示するように、負荷電力
Po=200W時よりもPo=50Wのほうが、期間T
ON3としては、長くなる。これは、軽負荷となるのに従
って、二次側直流出力電圧EO1が上昇するという傾向に
対してPWM制御による安定化が行われることに依る。FIG. 11 shows, as constant voltage characteristics of the circuit shown in FIG. 9, fluctuation characteristics of the ON period TON1 of the switching element Q1 and the ON period TON3 of the auxiliary switching element Q3 with respect to the fluctuation of the AC input voltage VAC. Show. This figure shows that the on-period TON1 of the switching element Q1 is substantially constant while the AC input voltage VAC increases in the range of 80V to 140V. This means that the primary-side voltage resonance type converter performs a switching operation with a fixed switching frequency and a fixed on / off period within one switching cycle. On the other hand, the ON period TON3 of the auxiliary switching element Q3 changes so as to increase as the AC input voltage VAC increases. This means that
Secondary side DC output voltage EO1 with AC input voltage VAC rise
Indicates that the PWM control is performed so as to increase the conduction angle of the auxiliary switching element Q3 for the constant voltage control in accordance with the rise of. In the circuit configuration shown in FIG. 9, the switching frequency of the auxiliary switching element Q3 is fixed. Also, the ON period TON3 of the auxiliary switching element Q3
FIG. 2 shows the case where the load power Po = 200 W and the case where Po = 50 W, as shown in the figure, the Po = 50 W is longer than the load power Po = 200 W during the period T.
ON3 is longer. This is due to the fact that stabilization by PWM control is performed on the tendency that the secondary side DC output voltage EO1 increases as the load becomes lighter.
【0022】また、図11においては、交流入力電圧V
ACと電力変換効率ηAC→DCとの関係も示されている。電
力変換効率としても負荷電力Po=200W時の特性と
Po=50W時の特性が示されており、負荷電力Po=
200W時には、90%付近で交流入力電圧VACの上昇
に応じて低下していく傾向となる。また、Po=50W
時においては85%付近で交流入力電圧VACの上昇に応
じて低下していく傾向となる。In FIG. 11, the AC input voltage V
The relationship between AC and power conversion efficiency ηAC → DC is also shown. As the power conversion efficiency, the characteristics when the load power Po = 200 W and the characteristics when Po = 50 W are shown, and the load power Po =
At 200 W, it tends to decrease near 90% as the AC input voltage VAC increases. Po = 50W
At times, the voltage tends to decrease as the AC input voltage VAC increases near 85%.
【0023】図12は、定電圧特性として、負荷電力の
変動に対するスイッチング素子Q1のオン期間TON
1、及び補助スイッチング素子Q3のオン期間TON3の変
動特性を示している。また、この図においては、負荷電
力変動に対する電力変換効率ηAC→DCの変動特性が示さ
れる。スイッチング素子Q1のオン期間TON1は、負荷電
力Po50W〜200Wの変動に関わらずほぼ一定とな
っており、ここでも、一次側の電圧共振形コンバータの
オン/オフ期間が固定でスイッチング動作を行っている
ことが示される。これに対して、補助スイッチング素子
Q3のオン期間TON3は、負荷電力Poが重くなっていく
のに従って短くなっていくように制御されており、ここ
でも定電圧制御として、補助スイッチング素子Q3につ
いて導通角のPWM制御が行われていることが示され
る。また、電力変換効率ηAC→DCとしては、負荷電力P
o=50W〜200Wの変動に応じて、図示するよう
に、約85%〜90%程度の範囲で変動するという結果
が得られている。FIG. 12 shows, as a constant voltage characteristic, the ON period TON of the switching element Q1 with respect to the fluctuation of the load power.
1 and fluctuation characteristics of the ON period TON3 of the auxiliary switching element Q3. Further, in this figure, the fluctuation characteristics of power conversion efficiency ηAC → DC with respect to load power fluctuation are shown. The on-period TON1 of the switching element Q1 is almost constant irrespective of the fluctuation of the load power Po50W to 200W, and also here, the switching operation is performed with the on / off period of the primary-side voltage resonance type converter fixed. Is shown. On the other hand, the ON period TON3 of the auxiliary switching element Q3 is controlled so as to become shorter as the load power Po becomes heavier. Here, the conduction angle of the auxiliary switching element Q3 is controlled as a constant voltage control. Is performed. Also, as the power conversion efficiency ηAC → DC, the load power P
As shown in the drawing, a result is obtained in which the value f varies in the range of about 85% to 90% according to the variation of o = 50 W to 200 W.
【0024】[0024]
【発明が解決しようとする課題】図9に示した電源回路
においては、上述したようにして、一次側スイッチング
コンバータのスイッチング周波数及びオン/オフ期間を
固定としたうえで、二次側アクティブクランプ回路40
の補助スイッチング素子Q3のオン期間についてPWM
制御を行って定電圧制御を行っている。このため、交流
入力電圧VACの上昇に伴って、スイッチング素子Q1が
オフとなる期間において発生する一次側並列共振電圧V
1のパルスも上昇するという現象が生じる。そして、例
えばAC100V系として交流入力電圧VAC=140V
時にまで上昇したときには900Vp程度にまで上昇す
ることが分かっている。またAC200V系として交流
入力電圧VAC=280Vにまで上昇したときには、一次
側並列共振電圧V1のパルスは、1800V程度にまで
上昇する。また、交流入力電圧VACの上昇によっては、
補助スイッチング素子Q3の導通角も拡大するように制
御される。このため、交流入力電圧VACが上昇すると、
スイッチング素子Q1と補助スイッチング素子Q3におけ
る電力損失が増加することになる。例えば実際には、交
流入力電圧VAC=140V時には、VAC=100時と比
較して、電力変換効率ηAC→DCとしては、約2.5%低
下する。In the power supply circuit shown in FIG. 9, after the switching frequency and the on / off period of the primary side switching converter are fixed as described above, the secondary side active clamp circuit is provided. 40
PWM of ON period of auxiliary switching element Q3
Control is performed to perform constant voltage control. For this reason, as the AC input voltage VAC rises, the primary-side parallel resonance voltage V generated during the period in which the switching element Q1 is turned off.
A phenomenon occurs in which one pulse also rises. Then, for example, as an AC 100 V system, an AC input voltage VAC = 140 V
It is known that when the voltage rises to a certain point, the voltage rises to about 900 Vp. Also, when the AC input voltage VAC rises to 280 V as an AC 200 V system, the pulse of the primary side parallel resonance voltage V 1 rises to about 1800 V. Also, depending on the rise of the AC input voltage VAC,
The conduction angle of the auxiliary switching element Q3 is also controlled so as to increase. Therefore, when the AC input voltage VAC rises,
The power loss in the switching element Q1 and the auxiliary switching element Q3 increases. For example, in practice, when the AC input voltage VAC = 140 V, the power conversion efficiency ηAC → DC is reduced by about 2.5% compared to when VAC = 100.
【0025】また、同様にして負荷電力Poが200W
から50Wにまで低下した場合にも、補助スイッチング
素子Q3の導通角を拡大するように制御して安定化を図
る動作となるために、補助スイッチング素子Q3におけ
る電力損失は大幅に低下して、電力変換効率ηAC→DCは
約5%低下する。このようにして、図9に示した回路で
は、交流入力電圧VACの上昇若しくは軽負荷の条件とな
っていくのに従って、電力変換効率が低下してしまうと
いう問題を有しているものである。Similarly, when the load power Po is 200 W
Even when the power is reduced to 50 W, the operation is controlled to increase the conduction angle of the auxiliary switching element Q3 to achieve stabilization. Therefore, the power loss in the auxiliary switching element Q3 is significantly reduced, The conversion efficiency ηAC → DC decreases by about 5%. In this way, the circuit shown in FIG. 9 has a problem that the power conversion efficiency is reduced as the AC input voltage VAC increases or the load becomes lighter.
【0026】また、上述したようにして、一次側並列共
振電圧パルスのピークレベルが相当に高くなることか
ら、少なくとも一次側のスイッチング素子Q1について
は、900Vp若しくは1800Vpに対応可能なだけ
の高耐圧品を選定する必要がある。スイッチング素子が
高耐圧品とされると、スイッチング特性が低下すること
から、スイッチング損失が増加してしまい、上記した電
力損失の増加は避けられないものとなってしまう。そし
て、これによっては、スイッチング素子の発熱も相当な
ものとなることから、例えば放熱板が必要となり、電源
回路の小型軽量化及び低コスト化を妨げる要因となる。
更に、高耐圧品のスイッチング素子は、現状では非常に
高価でもあり、この点でもコスト的に非常に不利とな
る。Further, as described above, since the peak level of the primary side parallel resonance voltage pulse becomes considerably high, at least the primary side switching element Q1 has a high withstand voltage that can support 900 Vp or 1800 Vp. Must be selected. If the switching element is made of a high withstand voltage product, the switching characteristics will be reduced, so that the switching loss will increase, and the above-described increase in power loss will be unavoidable. In this case, since the heat generated by the switching element becomes considerable, for example, a heat radiating plate is required, which hinders a reduction in size, weight, and cost of the power supply circuit.
Furthermore, a switching element of a high withstand voltage product is also very expensive at present, and this is also disadvantageous in cost.
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記し
た課題を考慮して、スイッチング電源回路として次のよ
うに構成する。つまり、入力された直流入力電圧をスイ
ッチングして出力するためのメインスイッチング素子を
備えて形成されるスイッチング手段と、このスイッチン
グ手段の動作を電圧共振形とする一次側並列共振回路が
形成されるようにして備えられる一次側並列共振コンデ
ンサと、一次側と二次側とについて疎結合とされる所要
の結合係数が得られるようにギャップが形成され、一次
側に得られる上記スイッチング手段の出力を二次側に伝
送する絶縁コンバータトランスとを備える。また、絶縁
コンバータトランスに巻装した二次巻線に対して二次側
並列共振コンデンサを並列に接続することで形成される
二次側並列共振回路と、絶縁コンバータトランスに巻装
した二次巻線に得られる交番電圧を入力して整流動作を
行うことで二次側直流出力電圧を得るように構成される
直流出力電圧生成手段とを備える。また、クランプコン
デンサと二次側補助スイッチング素子とによる直列接続
回路を備えることで、二次側巻線に発生する電圧をクラ
ンプするように設けられ、上記絶縁コンバータトランス
の二次側に巻装される駆動巻線を備えた自励式駆動回路
によって駆動される二次側アクティブクランプ手段を備
える。更に、二次側直流出力電圧のレベルに応じて、メ
インスイッチング素子のスイッチング周波数及び導通角
制御を実行することで二次側直流出力電圧についての定
電圧制御を行うようにされる電圧制御手段を設ける。In view of the above-mentioned problems, the present invention is configured as a switching power supply circuit as follows. That is, a switching unit formed with a main switching element for switching and outputting an input DC input voltage and a primary-side parallel resonance circuit that makes the operation of the switching unit a voltage resonance type are formed. A gap is formed so as to obtain a required coupling coefficient that is loosely coupled between the primary side and the secondary side, and the output of the switching means obtained on the primary side. And an insulating converter transformer for transmitting to the next side. In addition, a secondary parallel resonance circuit formed by connecting a secondary parallel resonance capacitor in parallel to a secondary winding wound around an insulation converter transformer, and a secondary winding wound around an insulation converter transformer DC output voltage generating means configured to obtain a secondary DC output voltage by inputting an alternating voltage obtained to a line and performing a rectification operation. In addition, by providing a series connection circuit of a clamp capacitor and a secondary-side auxiliary switching element, it is provided so as to clamp a voltage generated in the secondary winding, and is wound around the secondary side of the insulating converter transformer. Secondary active clamp means driven by a self-excited drive circuit provided with a drive winding having the following configuration. Further, according to the level of the secondary-side DC output voltage, by performing the switching frequency and conduction angle control of the main switching element, a voltage control means that performs constant voltage control of the secondary-side DC output voltage. Provide.
【0028】上記構成によると、一次側においては電圧
共振形コンバータを形成するための一次側並列共振回路
を備え、二次側には、二次巻線及び二次側並列共振コン
デンサとにより形成される二次側並列共振回路とが備え
られた、いわゆる複合共振形スイッチングコンバータの
構成が得られる。この構成を基として、二次側には、二
次側並列共振回路に得られる電圧レベルを抑制するため
の二次側アクティブクランプ手段を備える。そして、二
次側直流出力電圧の定電圧制御は、二次側直流出力電圧
のレベルに応じて、一次側電圧共振形スイッチングコン
バータを形成するとされるメインスイッチング素子のス
イッチング周波数と導通角とを同時制御するようにして
行われることになる。二次側アクティブクランプ手段を
形成する二次側補助スイッチング素子は、自励式駆動回
路によって、絶縁コンバータトランスを介して二次側に
伝達されるスイッチング周波数及びオン/オフ期間に応
じてスイッチングを行うのであるが、これによって、交
流入力電圧変動若しくは負荷電力変動に応じた二次側補
助スイッチング素子の導通角変化をより少ないものとす
ることが可能となる。According to the above configuration, the primary side is provided with the primary side parallel resonance circuit for forming the voltage resonance type converter, and the secondary side is formed by the secondary winding and the secondary side parallel resonance capacitor. , A so-called composite resonance type switching converter provided with a secondary parallel resonance circuit. Based on this configuration, the secondary side is provided with secondary side active clamp means for suppressing the voltage level obtained in the secondary side parallel resonance circuit. The constant voltage control of the secondary DC output voltage is performed by simultaneously controlling the switching frequency and the conduction angle of the main switching element that forms a primary voltage resonance type switching converter according to the level of the secondary DC output voltage. It will be performed in a controlled manner. The secondary side auxiliary switching element forming the secondary side active clamp means performs switching by the self-excited drive circuit according to the switching frequency and the on / off period transmitted to the secondary side via the insulating converter transformer. However, this makes it possible to reduce the change in the conduction angle of the secondary-side auxiliary switching element according to the AC input voltage fluctuation or the load power fluctuation.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施の形
態としてのスイッチング電源回路の構成を示している。
この図に示す電源回路においては、先ず、商用交流電源
(交流入力電圧VAC)を入力して直流入力電圧を得るた
めの整流平滑回路として、ブリッジ整流回路Di及び平
滑コンデンサCiからなる全波整流回路が備えられ、交
流入力電圧VACの1倍のレベルに対応する整流平滑電圧
Eiを生成するようにされる。FIG. 1 shows the configuration of a switching power supply circuit according to a first embodiment of the present invention.
In the power supply circuit shown in this figure, first, as a rectifying and smoothing circuit for inputting a commercial AC power supply (AC input voltage VAC) to obtain a DC input voltage, a full-wave rectifying circuit including a bridge rectifying circuit Di and a smoothing capacitor Ci. To generate a rectified and smoothed voltage Ei corresponding to a level that is one time the AC input voltage VAC.
【0030】上記整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を
入力して断続するスイッチングコンバータとしては、1
石のスイッチング素子Q1を備えて、いわゆるシングル
エンド方式によるスイッチング動作を行う電圧共振形コ
ンバータが備えられる。ここでの電圧共振形コンバータ
は他励式の構成を採っており、スイッチング素子Q1に
は例えばMOS−FETが使用される。スイッチング素
子Q1のドレインは、絶縁コンバータトランスPITの
一次巻線N1を介して平滑コンデンサCiの正極と接続
され、ソースは一次側アースに接続される。As the switching converter that receives the rectified smoothed voltage Ei (DC input voltage) and is intermittent,
A voltage resonance type converter including a stone switching element Q1 and performing a so-called single-ended switching operation is provided. The voltage resonance type converter here has a separately-excited configuration, and for example, a MOS-FET is used as the switching element Q1. The drain of the switching element Q1 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor Ci via the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT, and the source is connected to the primary side ground.
【0031】また、スイッチング素子Q1のドレイン−
ソース間に対しては、並列共振コンデンサCrが並列に
接続される。この並列共振コンデンサCrのキャパシタ
ンスと、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1
に得られるリーケージインダクタンスとによって一次側
並列共振回路を形成するものとされている。そして、ス
イッチング素子Q1のスイッチング動作に応じて、この
並列共振回路による共振動作が得られるようにされるこ
とで、スイッチング素子Q1のスイッチング動作として
は電圧共振形となる。The drain of the switching element Q1
A parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel between the sources. The capacitance of the parallel resonance capacitor Cr and the primary winding N1 of the insulation converter transformer PIT
The primary side parallel resonance circuit is formed by the leakage inductance obtained as described above. The resonance operation of the parallel resonance circuit is obtained in accordance with the switching operation of the switching element Q1, so that the switching operation of the switching element Q1 is a voltage resonance type.
【0032】また、スイッチング素子Q1のドレイン−
ソース間に対しては、MOS−FETに備えられる、い
わゆるボディダイオードによるクランプダイオードDD
が並列に接続されていることで、スイッチング素子がオ
フとなる期間に流れるクランプ電流の経路を形成する。
さらにこの場合は、スイッチング素子Q1のドレイン
が、次に説明するスイッチング駆動部10内の発振回路
11に対して接続されている。この発振回路11に対し
て入力されるドレインの出力は、後述するようにしてス
イッチング周波数制御時におけるスイッチングのオン期
間を可変制御するために利用される。The drain of the switching element Q1
Between the sources, a clamp diode DD constituted by a so-called body diode provided in the MOS-FET
Are connected in parallel to form a path for a clamp current flowing during a period when the switching element is turned off.
Further, in this case, the drain of the switching element Q1 is connected to the oscillation circuit 11 in the switching drive unit 10 described below. The output of the drain input to the oscillation circuit 11 is used to variably control the ON period of switching at the time of switching frequency control as described later.
【0033】上記スイッチング素子Q1は、発振回路1
1及びドライブ回路12を統合的に備えるスイッチング
駆動部10によって、スイッチング駆動されると共に、
定電圧制御のためにスイッチング周波数が可変制御され
る。なお、この場合のスイッチング駆動部10は、例え
ば1つの集積回路(IC)として備えられる。また、こ
のスイッチング駆動部10は、起動抵抗Rsを介して整
流平滑電圧Eiのラインと接続されており、例えば電源
起動時において、上記起動抵抗Rsを介して電源電圧が
印加されることで起動するようにされている。The switching element Q1 is connected to the oscillation circuit 1
1 and a drive circuit 12, which are integrally driven by a switching drive unit 10,
The switching frequency is variably controlled for constant voltage control. Note that the switching drive unit 10 in this case is provided as, for example, one integrated circuit (IC). The switching drive unit 10 is connected to the line of the rectified and smoothed voltage Ei via the starting resistor Rs. For example, at the time of starting the power, the switching driving unit 10 is started by applying the power supply voltage via the starting resistor Rs. It has been like that.
【0034】スイッチング駆動部10内の発振回路11
では、発振動作を行って発振信号を生成して出力する。
そして、ドライブ回路12においてはこの発振信号をド
ライブ電圧に変換してスイッチング素子Q1のゲートに
対して出力する。これにより、スイッチング素子Q1
は、発振回路11にて生成される発振信号に基づいたス
イッチング動作を行うようにされる。従って、スイッチ
ング素子Q1のスイッチング周波数、及び1スイッチン
グ周期内のオン/オフ期間のデューティは、発振回路4
にて生成される発振信号に依存して決定される。Oscillation circuit 11 in switching drive unit 10
Then, an oscillating operation is performed to generate and output an oscillating signal.
Then, the drive circuit 12 converts this oscillation signal into a drive voltage and outputs it to the gate of the switching element Q1. Thereby, the switching element Q1
Performs a switching operation based on an oscillation signal generated by the oscillation circuit 11. Therefore, the switching frequency of the switching element Q1 and the duty of the on / off period within one switching cycle are determined by the oscillation circuit 4
Is determined depending on the oscillating signal generated at.
【0035】ここで、本実施の形態においては、後述す
る二次側直流出力電圧EOが、フォトカプラ30を介し
て発振回路11に対して入力されるようになっている。
従って、発振回路11では、二次側直流出力電圧EOの
レベルに基づいて発振信号周波数(スイッチング周波数
fs)を可変する動作を行うようにされている。また、
このスイッチング周波数fsを可変すると同時に、スイ
ッチング素子Q1がオンとなる期間TON(導通角)が可
変されるように、発振信号波形の制御を行うようにされ
ている。この期間TONの可変制御は、並列共振コンデン
サCrの両端に得られるスイッチング共振パルス電圧V
1のレベルに基づいて行うようにされる。こうした発振
回路12の動作により、後述するようにして二次側直流
出力電圧EOについての安定化が図られる。また、特に
本実施の形態においては、後述するようにして、一次側
アクティブクランプ回路20の補助スイッチング素子Q
2が、絶縁コンバータトランスPITに巻装された駆動
巻線Ng1を備える自励式駆動回路によって駆動される
ことで、1スイッチング周期内のオン期間だけではな
く、オフ期間も可変制御される。即ち、本実施の形態と
しては、複合制御方式として、メインスイッチング素子
Q1のスイッチング周波数、1スイッチング周期内にお
けるオン期間及びオフ期間の3つのパラメータ変化によ
る定電圧制御が行われるものである。Here, in the present embodiment, a secondary DC output voltage EO described later is input to the oscillation circuit 11 via the photocoupler 30.
Therefore, the oscillation circuit 11 performs an operation of varying the oscillation signal frequency (switching frequency fs) based on the level of the secondary DC output voltage EO. Also,
At the same time as changing the switching frequency fs, the oscillation signal waveform is controlled so that the period TON (conduction angle) during which the switching element Q1 is turned on is changed. The variable control of the period TON is performed by switching the switching resonance pulse voltage V obtained at both ends of the parallel resonance capacitor Cr.
Be made based on one level. By the operation of the oscillation circuit 12, the secondary DC output voltage EO is stabilized as described later. In particular, in the present embodiment, as described later, the auxiliary switching element Q
2 is driven by the self-excited drive circuit including the drive winding Ng1 wound around the insulating converter transformer PIT, so that not only the ON period but also the OFF period within one switching cycle is variably controlled. That is, in the present embodiment, as the composite control method, constant voltage control is performed by changing three parameters of the switching frequency of the main switching element Q1 and the ON period and the OFF period within one switching cycle.
【0036】また、本実施の形態の電源回路の一次側に
おいては、並列共振コンデンサCrの両端に得られる並
列共振電圧V1をクランプするための一次側アクティブ
クランプ回路20が備えられる。Further, on the primary side of the power supply circuit of the present embodiment, a primary side active clamp circuit 20 for clamping the parallel resonance voltage V1 obtained at both ends of the parallel resonance capacitor Cr is provided.
【0037】この場合、一次側アクティブクランプ回路
20は、MOS−FETの補助スイッチング素子Q2,
クランプコンデンサCCL,クランプダイオードDD2を備
える。クランプダイオードDD2には、例えば、MOS−
FETが有するボディダイオードが用いられる。また、
補助スイッチング素子Q2を駆動するための駆動回路系
として、駆動巻線Ng1,コンデンサCg1,抵抗R1,
R2を備えて成る。In this case, the primary side active clamp circuit 20 is connected to the auxiliary switching element Q2,
A clamp capacitor CCL and a clamp diode DD2 are provided. For example, a MOS-
The body diode of the FET is used. Also,
As a drive circuit system for driving the auxiliary switching element Q2, a drive winding Ng1, a capacitor Cg1, a resistor R1,
R2.
【0038】補助スイッチング素子Q2のドレイン−ソ
ース間に対してはクランプダイオードDD2が並列に接続
される。ここでは、クランプダイオードDD2のアノード
がソースに対して接続され、カソードがドレインに対し
て接続される。また、補助スイッチング素子Q2のドレ
インはクランプコンデンサCCLを介して、整流平滑電圧
Eiのラインと一次巻線N1の巻始め端部との接続点に
対して接続される。また、補助スイッチング素子Q2の
ソースは一次巻線N1の巻終わり端部に対して接続され
る。つまり、本実施の形態のアクティブクランプ回路2
0としては、上記補助スイッチング素子Q2//クラン
プダイオードDD2の並列接続回路に対して、クランプコ
ンデンサCCLを直列に接続して成るものとされる。そし
て、このようにして形成される回路を絶縁コンバータト
ランスPITの一次巻線N1に対して並列に接続して構
成されるものである。A clamp diode DD2 is connected in parallel between the drain and source of the auxiliary switching element Q2. Here, the anode of the clamp diode DD2 is connected to the source, and the cathode is connected to the drain. The drain of the auxiliary switching element Q2 is connected via a clamp capacitor CCL to a connection point between the line of the rectified smoothed voltage Ei and the winding start end of the primary winding N1. Further, the source of the auxiliary switching element Q2 is connected to the winding end of the primary winding N1. That is, the active clamp circuit 2 of the present embodiment
A value of 0 is obtained by connecting a clamp capacitor CCL in series to the parallel connection circuit of the auxiliary switching element Q2 // clamp diode DD2. The circuit thus formed is connected in parallel with the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT.
【0039】また、補助スイッチング素子Q2の駆動回
路系としては、図示するように、補助スイッチング素子
Q2のゲートに対して、抵抗R1−コンデンサCg1−駆
動巻線Ng1の直列接続回路が接続される。この直列接
続回路は補助スイッチング素子Q2のための自励発振駆
動回路を形成する。ここで駆動巻線Ng1は、絶縁コン
バータトランスPITにおいて、一次巻線N1の巻終わ
り端部側を巻き上げるようにして形成されており、この
場合の巻数としては例えば1T(ターン)としている。
これにより、駆動巻線Ng1には、一次巻線N1に得られ
る交番電圧により励起された電圧が発生する。また、こ
の場合には、その巻方向の関係から、一次巻線N1と駆
動巻線Ng1とは逆極性の電圧が得られる。なお、実際
としては駆動巻線Ng1のターン数は1Tであればその
動作は保証されるが、これに限定されるものではない。
また、抵抗R2は、絶縁コンバータトランスPITの一
次巻線N1と駆動巻線Ng1の接続点との間に対して挿入
される。As a drive circuit system for the auxiliary switching element Q2, a series connection circuit of a resistor R1, a capacitor Cg1, and a driving winding Ng1 is connected to the gate of the auxiliary switching element Q2, as shown in the figure. This series connection circuit forms a self-excited oscillation drive circuit for the auxiliary switching element Q2. Here, the drive winding Ng1 is formed so as to wind up the winding end end of the primary winding N1 in the insulating converter transformer PIT, and the number of turns in this case is, for example, 1T (turn).
As a result, a voltage excited by the alternating voltage obtained in the primary winding N1 is generated in the driving winding Ng1. In this case, a voltage having a polarity opposite to that of the primary winding N1 and the driving winding Ng1 is obtained from the relationship in the winding direction. In practice, the operation is guaranteed if the number of turns of the drive winding Ng1 is 1T, but the present invention is not limited to this.
Further, the resistor R2 is inserted between a connection point between the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT and the driving winding Ng1.
【0040】絶縁コンバータトランスPITは、スイッ
チング素子Q1のスイッチング出力を二次側に伝送する 絶縁コンバータトランスPITは、図7に示すように、
例えばフェライト材によるE型コアCR1、CR2を互
いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コアが備
えられ、このEE型コアの中央磁脚に対して、分割ボビ
ンBを利用して一次巻線N1と、二次巻線N2をそれぞれ
分割した状態で巻装している。そして、中央磁脚に対し
ては図のようにギャップGを形成するようにしている。
これによって、所要の結合係数による疎結合が得られる
ようにしている。ギャップGは、E型コアCR1,CR
2の中央磁脚を、2本の外磁脚よりも短くすることで形
成することが出来る。また、結合係数kとしては、例え
ばk≒0.85という疎結合の状態を得るようにしてお
り、その分、飽和状態が得られにくいようにしている。The insulated converter transformer PIT transmits the switching output of the switching element Q1 to the secondary side. As shown in FIG.
For example, an EE-type core in which E-type cores CR1 and CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other is provided. The wire N1 and the secondary winding N2 are wound separately. A gap G is formed for the center magnetic leg as shown in the figure.
As a result, loose coupling with a required coupling coefficient can be obtained. Gap G is E type core CR1, CR
The two center magnetic legs can be formed by making them shorter than the two outer magnetic legs. The coupling coefficient k is set to a loosely coupled state of, for example, k ≒ 0.85, so that a saturated state is hardly obtained.
【0041】上記絶縁コンバータトランスPITの一次
巻線N1の巻終わり端部は、図1に示すようにスイッチ
ング素子Q1のドレインと接続され、巻始め端部は平滑
コンデンサCiの正極(整流平滑電圧Ei)と接続され
ている。従って、一次巻線N1に対しては、スイッチン
グ素子Q1のスイッチング出力が供給されることで、ス
イッチング周波数に対応する周期の交番電圧が発生す
る。The winding end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the drain of the switching element Q1 as shown in FIG. 1, and the winding start is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor Ci (rectified smoothing voltage Ei). ) And connected. Therefore, by supplying the switching output of the switching element Q1 to the primary winding N1, an alternating voltage having a cycle corresponding to the switching frequency is generated.
【0042】絶縁コンバータトランスPITの二次側で
は、一次巻線N1により誘起された交番電圧が二次巻線
N2に発生する。この場合、二次巻線N2に対しては、二
次側並列共振コンデンサC2が並列に接続されること
で、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2と二次
側並列共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって
並列共振回路が形成される。この並列共振回路により、
二次巻線N2に誘起される交番電圧は共振電圧となり、
従って、二次側においては電圧共振動作が得られること
となる。即ち、この電源回路としても、一次側にはスイ
ッチング動作を電圧共振形とするための並列共振回路を
備え、二次側には電圧共振動作を得るための並列共振回
路を備えた「複合共振形スイッチングコンバータ」の構
成を採る。On the secondary side of the insulating converter transformer PIT, an alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2. In this case, the secondary side parallel resonance capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2, so that the leakage inductance L2 of the secondary side winding N2 and the capacitance of the secondary side parallel resonance capacitor C2 are determined. A parallel resonance circuit is formed. With this parallel resonance circuit,
The alternating voltage induced in the secondary winding N2 becomes a resonance voltage,
Therefore, a voltage resonance operation is obtained on the secondary side. That is, this power supply circuit also includes a "parallel resonance circuit for providing a voltage resonance operation on the primary side and a parallel resonance circuit for obtaining a voltage resonance operation on the secondary side. It adopts the configuration of "switching converter".
【0043】上記のようにして形成される電源回路の二
次側に対しては、二次巻線N2の巻始め端部に接続され
る二次側整流ダイオードDOと平滑コンデンサCOとから
なる半波整流回路が備えられ、これにより、二次巻線N
2に誘起される交番電圧のほぼ等倍レベルに対応する面
の二次側直流出力電圧EOを得るようにしている。ま
た、二次側直流出力電圧EOはフォトカプラ30を介し
て、一次側のスイッチング駆動部10の発振回路11に
対して入力される。For the secondary side of the power supply circuit formed as described above, a half of a secondary rectifier diode DO and a smoothing capacitor CO connected to the winding start end of the secondary winding N2. A wave rectifier circuit, whereby the secondary winding N
The secondary-side DC output voltage EO on the surface corresponding to a level substantially equal to the alternating voltage induced at 2 is obtained. The secondary-side DC output voltage EO is input to the oscillation circuit 11 of the primary-side switching drive unit 10 via the photocoupler 30.
【0044】ところで、絶縁コンバータトランスPIT
の二次側の動作としては、一次巻線N1、二次巻線N2の
極性(巻方向)と整流ダイオードDO(DO1)の接続関
係と、二次巻線N2に励起される交番電圧の極性変化に
よって、一次巻線N1のインダクタンスL1と二次巻線N
2のインダクタンスL2との相互インダクタンスMについ
て、+Mとなる場合と−Mとなる場合とがある。例え
ば、図8(a)に示す回路と等価となる場合に相互イン
ダクタンスは+Mとなり、図8(b)に示す回路と等価
となる場合に相互インダクタンスは−Mとなる。これ
を、図1に示す二次側の動作に対応させてみると、二次
側の半波整流回路では、二次巻線N2に得られる交番電
圧が正極性のときに二次側整流ダイオード(DO1)に整
流電流が流れることから、この動作は+Mの動作モード
(フォワード動作)と見ることができる。By the way, the insulation converter transformer PIT
On the secondary side includes the connection relationship between the polarity (winding direction) of the primary winding N1 and the secondary winding N2 and the connection of the rectifier diode DO (DO1), and the polarity of the alternating voltage excited by the secondary winding N2. Due to the change, the inductance L1 of the primary winding N1 and the secondary winding N
The mutual inductance M with the second inductance L2 may be + M or -M. For example, when the circuit becomes equivalent to the circuit shown in FIG. 8A, the mutual inductance becomes + M, and when it becomes equivalent to the circuit shown in FIG. 8B, the mutual inductance becomes -M. If this is made to correspond to the operation on the secondary side shown in FIG. 1, in the secondary half-wave rectifier circuit, when the alternating voltage obtained in the secondary winding N2 has a positive polarity, the secondary side rectifier diode Since the rectified current flows through (DO1), this operation can be regarded as an operation mode (forward operation) of + M.
【0045】また、本実施の形態の電源回路において
は、二次側アクティブクランプ回路40が備えられる。
二次側アクティブクランプ回路40もまた、MOS−F
ETの補助スイッチング素子Q3,クランプコンデンサ
CCL2,ボディダイオードのクランプダイオードDD3を
備える。また、補助スイッチング素子Q3を駆動するた
めの駆動回路系として、駆動巻線Ng2,コンデンサC
g2,抵抗Rg2を備えて成る。In the power supply circuit of the present embodiment, a secondary side active clamp circuit 40 is provided.
The secondary side active clamp circuit 40 is also a MOS-F
An ET auxiliary switching element Q3, a clamp capacitor CCL2, and a body diode clamp diode DD3 are provided. Further, as a drive circuit system for driving the auxiliary switching element Q3, a drive winding Ng2, a capacitor C
g2 and a resistor Rg2.
【0046】補助スイッチング素子Q3のドレイン−ソ
ース間に対してはクランプダイオードDD3が並列に接続
される。その接続形態としては、クランプダイオードD
D3のアノードがソースに対して接続され、カソードがド
レインに対して接続されるようになっている。また、補
助スイッチング素子Q3のドレインはクランプコンデン
サCCL2を介して、二次巻線N2の巻始め端部と整流ダイ
オードDO1のアノードとの接続点に対して接続される。
また、補助スイッチング素子Q2のソースは二次側アー
スに対して接続される。従って、二次側アクティブクラ
ンプ回路40としては、上記補助スイッチング素子Q3
//クランプダイオードDD3の並列接続回路に対して、
クランプコンデンサCCL2を直列に接続して成るものと
される。そして、このようにして形成される回路を二次
側並列共振回路に対して更に並列に接続して構成される
ものである。A clamp diode DD3 is connected in parallel between the drain and source of the auxiliary switching element Q3. The connection form is a clamp diode D
The anode of D3 is connected to the source, and the cathode is connected to the drain. The drain of the auxiliary switching element Q3 is connected via a clamp capacitor CCL2 to a connection point between the winding start end of the secondary winding N2 and the anode of the rectifier diode DO1.
The source of the auxiliary switching element Q2 is connected to the secondary side ground. Therefore, as the secondary-side active clamp circuit 40, the auxiliary switching element Q3
// For the parallel connection circuit of clamp diode DD3,
It is constituted by connecting a clamp capacitor CCL2 in series. The circuit thus formed is further connected in parallel to the secondary parallel resonance circuit.
【0047】また、補助スイッチング素子Q3の駆動回
路系としては、図示するように、補助スイッチング素子
Q3のゲートに対して、抵抗Rg2−コンデンサCg2−
駆動巻線Ng2の直列接続回路が接続される。この場合
も直列接続回路は補助スイッチング素子Q3のための自
励式駆動回路を形成する。但し、ここでは、抵抗Rg2
と二次側アースに対して抵抗Rg2Aが接続され、この抵
抗Rg2と抵抗Rg2Aの分圧点(接続点)を補助スイッ
チング素子Q3のゲートに接続している。この場合の駆
動巻線Ng2は、二次巻線N2の巻終わり端部側を巻き上
げるようにして形成されており、この場合の巻数として
は例えば1T(ターン)としている。これにより、駆動
巻線Ng2には、一次巻線N1に得られる交番電圧により
励起された電圧が発生する。また、この場合には、その
巻方向の関係から、一次巻線N2と駆動巻線Ng2とは逆
極性の電圧が得られる。なお、駆動巻線Ng2として
も、そのターン数は1Tであればその動作は保証される
が、これに限定されるものではない。As shown in the figure, the driving circuit system of the auxiliary switching element Q3 has a resistor Rg2-a capacitor Cg2-
A series connection circuit of the drive winding Ng2 is connected. Also in this case, the series connection circuit forms a self-excited drive circuit for the auxiliary switching element Q3. However, here, the resistance Rg2
And a resistor Rg2A connected to the secondary side ground, and a voltage dividing point (connection point) of the resistor Rg2 and the resistor Rg2A is connected to the gate of the auxiliary switching element Q3. The drive winding Ng2 in this case is formed so as to wind up the winding end end side of the secondary winding N2, and the number of turns in this case is, for example, 1T (turn). As a result, a voltage excited by the alternating voltage obtained in the primary winding N1 is generated in the driving winding Ng2. In this case, a voltage having a polarity opposite to that of the primary winding N2 and the driving winding Ng2 is obtained from the relationship in the winding direction. The operation of the drive winding Ng2 is guaranteed if the number of turns is 1T, but is not limited to this.
【0048】続いて、この図1に示す回路における安定
化動作について説明する。一次側のスイッチング駆動部
10内の発振回路11に対しては、前述したように、フ
ォトカプラ30を介して二次側直流出力電圧EOが入力
される。なお、フォトカプラ30は一次側と二次側とを
直流的に絶縁するために介在する。そして、発振回路1
1においては、この入力された二次側直流出力電圧EO
のレベル変化に応じて、発振信号の周波数及びオン/オ
フデューティ比を可変して出力するようにされる。これ
は即ち、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数を
可変すると共に、そのオン/オフ期間を可変制御すると
いう複合制御動作となるが、これにより、一次側電圧共
振形コンバータと絶縁コンバータトランスPITとの共
振インピーダンスが変化し、絶縁コンバータトランスP
ITの二次側に伝送されるエネルギーも変化することに
なる。この結果、定圧二次側直流出力電圧EOとして
は、所要のレベルで一定となるように制御されることに
なる。即ち、二次側直流出力電圧EOは、一次側のスイ
ッチング動作を複合制御方式によって制御することで、
安定化が図られているものである。Next, the stabilizing operation in the circuit shown in FIG. 1 will be described. As described above, the secondary-side DC output voltage EO is input to the oscillation circuit 11 in the primary-side switching drive unit 10 via the photocoupler 30. The photocoupler 30 is provided to insulate the primary side and the secondary side in a DC manner. And the oscillation circuit 1
1, the input secondary side DC output voltage EO
, The frequency and the on / off duty ratio of the oscillation signal are variably outputted in accordance with the level change of the oscillation signal. This is a composite control operation in which the switching frequency of the switching element Q1 is varied and the ON / OFF period of the switching element Q1 is variably controlled. Changes, the insulation converter transformer P
The energy transmitted to the secondary side of the IT will also change. As a result, the constant-pressure secondary-side DC output voltage EO is controlled to be constant at a required level. That is, the secondary-side DC output voltage EO is controlled by controlling the switching operation on the primary side by the complex control method.
It is intended to be stable.
【0049】図2の波形図は、上記図1に示した回路の
動作を示している。つまり、一次側アクティブクランプ
回路20及び二次側アクティブクランプ回路40が設け
られた電圧共振形コンバータとしての動作が示されてい
るものである。この図2に示される動作は、図1に示す
回路についてAC100V系に対応する構成とした場合
に得られるものとされ、図2(a)〜(g)には、交流
入力電圧VAC=100V、負荷電力Po=200Wとさ
れる条件での各部の動作が示され、図2(h)〜(n)
には、交流入力電圧VAC=100V、負荷電力Po=5
0Wとされる条件での図2(a)〜(g)と同じ部位の
動作が示される。The waveform diagram of FIG. 2 shows the operation of the circuit shown in FIG. That is, the operation as a voltage resonance type converter provided with the primary side active clamp circuit 20 and the secondary side active clamp circuit 40 is shown. The operation shown in FIG. 2 is assumed to be obtained when the circuit shown in FIG. 1 has a configuration corresponding to the AC 100 V system, and FIGS. The operation of each section under the condition that the load power Po = 200 W is shown, and FIGS.
Has an AC input voltage VAC = 100 V and a load power Po = 5
The operation of the same part as in FIGS. 2A to 2G under the condition of 0 W is shown.
【0050】先ず、図2(a)〜(g)に示される負荷
電力Po=200W時の動作から説明する。この図にお
いては、一次側のスイッチング素子Q1についての1ス
イッチング周期内の動作モードについて、モード〜
までの5段階の動作モードが示される。メインスイッチ
ング素子Q1がオンとなるように制御されるのは、期間
TONにおいてであり、この期間TONにおいてはモード
としての動作が得られる。なお、補助スイッチング素子
Q2は、この期間TONにおいてはオフ状態にあるように
制御される。First, the operation when the load power Po = 200 W shown in FIGS. 2A to 2G will be described. In this figure, the operation mode within one switching cycle of the primary-side switching element Q1
Up to five operating modes are shown. It is during the period TON that the main switching element Q1 is controlled to be turned on. In this period TON, a mode operation is obtained. The auxiliary switching element Q2 is controlled so as to be in the off state during the period TON.
【0051】モード(期間TON)においては、図2
(b)に示す波形により、メインスイッチング素子Q1
のドレインにスイッチング出力電流I1が流れるのであ
るが、このスイッチング出力電流I1は、絶縁コンバー
タトランスPITの一次巻線N1に得られるリーケージ
インダクタンスL1を介してメインスイッチング素子Q1
に流れるものである。このときのスイッチング出力電流
I1としては、図2(b)の期間TONに示すように、初
期において負の方向から正の方向に反転する波形とな
る。ここで、スイッチング出力電流I1が負の方向に流
れる期間は、直前の期間td2の終了を以て並列共振コ
ンデンサCrにおける放電が終了することでクランプダ
イオードDD1が導通し、クランプダイオードDD1→一次
巻線N1を介してスイッチング出力電流IQ1を流すこと
で、電源側に電力を回生するモードとなる。そして、ス
イッチング出力電流I1(図2(b))が負の方向から
正の方向に反転するタイミングにおいては、メインスイ
ッチング素子Q1は、ZVS(Zero Volt Switching)及び
ZCS(Zero Current Switching)によりターンオンす
る。In the mode (period TON), FIG.
According to the waveform shown in FIG.
The switching output current I1 flows through the drain of the main switching element Q1 via the leakage inductance L1 obtained in the primary winding N1 of the isolated converter transformer PIT.
It flows to. At this time, the switching output current I1 has a waveform that initially reverses from a negative direction to a positive direction, as shown in a period TON of FIG. 2B. Here, during the period in which the switching output current I1 flows in the negative direction, the discharge of the parallel resonance capacitor Cr ends at the end of the immediately preceding period td2, whereby the clamp diode DD1 conducts, and the clamp diode DD1 → the primary winding N1 is connected. When the switching output current IQ1 flows through the power supply mode, a mode in which power is regenerated on the power supply side is set. Then, at the timing when the switching output current I1 (FIG. 2B) reverses from the negative direction to the positive direction, the main switching element Q1 is turned on by ZVS (Zero Volt Switching) and ZCS (Zero Current Switching). .
【0052】そして、次の期間td1においては、モー
ドとしての動作となる。この期間では、メインスイッ
チング素子Q1がターンオフすることで、一次巻線N1に
流れていた電流は、並列共振コンデンサCrに流れるこ
とになる。このときに、並列共振コンデンサCrに流れ
る電流Icrは、図2(e)に示すように、正極性によ
りパルス的に現れる波形を示す。これは部分共振モード
としての動作とされる。また、このときには、メインス
イッチング素子Q1に対して並列に並列共振コンデンサ
Crが接続されていることで、メインスイッチング素子
Q1はZVSによりターンオフされるものである。Then, in the next period td1, the operation is performed as a mode. During this period, the main switching element Q1 is turned off, so that the current flowing through the primary winding N1 flows through the parallel resonance capacitor Cr. At this time, the current Icr flowing through the parallel resonance capacitor Cr has a waveform that appears as a pulse due to positive polarity, as shown in FIG. This is an operation as a partial resonance mode. At this time, since the parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel with the main switching element Q1, the main switching element Q1 is turned off by ZVS.
【0053】続いては、補助スイッチング素子Q2がオ
ン状態となるように制御されると共に、メインスイッチ
ング素子Q1がオフ状態にあるように制御される期間と
なり、これは、図2(c)に示す補助スイッチング素子
Q2の両端電圧V2が0レベルとなる期間TON2に相当す
る。この期間TON2は、アクティブクランプ回路20の
動作期間であり、先ずモードとしての動作を行った後
にモードとしての動作を行うようにされる。Subsequently, a period in which the auxiliary switching element Q2 is controlled to be in the on state and the main switching element Q1 is controlled to be in the off state is a period, which is shown in FIG. This corresponds to a period TON2 in which the voltage V2 across the auxiliary switching element Q2 is at the 0 level. This period TON2 is an operation period of the active clamp circuit 20. First, the operation as a mode is performed, and then the operation as a mode is performed.
【0054】先のモードの動作では、一次巻線N1か
ら流れる電流によって並列共振コンデンサCrへの充電
が行われるが、これによりモードの動作としては、一
次巻線N1に得られている電圧レベルが、初期時(期間
TON2開始時)におけるクランプコンデンサCCL1の両端
電圧レベルに対して同電位もしくはそれ以上となる。こ
れにより、補助スイッチング素子Q2に並列接続される
クランプダイオードDD2の導通条件が満たされて導通す
ることで、クランプダイオードDD2→クランプコンデン
サCCL1の経路で電流が流れるようにされ、クランプ電
流ICLとしては、図2(d)の期間TON2開始時以降に
おいて、負方向から時間経過に従って0レベルに近づく
鋸歯状波形が得られることになる。ここで、例えば、ク
ランプコンデンサCCL1のキャパシタンスが並列共振コ
ンデンサCrのキャパシタンスの50倍以上となるよう
に選定すれば、このモードとしての動作によっては、
大部分の電流がクランプ電流ICLとしてクランプコンデ
ンサCCL1に対して流れるようにされ、並列共振コンデ
ンサCrに対してはほとんど流れない。これにより、こ
の期間TON2時にメインスイッチング素子Q1にかかる並
列共振電圧V1の傾きは緩やかとなるようにされ、結果
的には図2(a)に示すようにして、300Vpにまで
抑制されてその導通角は広がることになる。即ち、並列
共振電圧V1に対するクランプ動作が得られる。これに
対して、先行技術としての回路(図9及び図10の回
路)において得られる並列共振電圧V1は、550Vp
のレベルを有するパルス波形とされていたものである。In the operation in the previous mode, the parallel resonant capacitor Cr is charged by the current flowing from the primary winding N1, and as a result, in the mode operation, the voltage level obtained in the primary winding N1 is reduced. At the initial stage (at the start of the period TON2), the potential is equal to or higher than the voltage level across the clamp capacitor CCL1. As a result, when the conduction condition of the clamp diode DD2 connected in parallel to the auxiliary switching element Q2 is satisfied and the conduction is performed, a current flows through the path from the clamp diode DD2 to the clamp capacitor CCL1, and the clamp current ICL is After the start of the period TON2 in FIG. 2D, a saw-tooth waveform approaching the 0 level as time elapses from the negative direction is obtained. Here, for example, if the capacitance of the clamp capacitor CCL1 is selected to be 50 times or more the capacitance of the parallel resonance capacitor Cr, depending on the operation in this mode,
Most of the current flows as the clamp current ICL to the clamp capacitor CCL1, and hardly flows to the parallel resonance capacitor Cr. As a result, the slope of the parallel resonance voltage V1 applied to the main switching element Q1 during the period TON2 is made gentle, and as a result, as shown in FIG. The corners will widen. That is, a clamping operation for the parallel resonance voltage V1 is obtained. On the other hand, the parallel resonance voltage V1 obtained in the prior art circuit (the circuits in FIGS. 9 and 10) is 550 Vp
Is a pulse waveform having the following level.
【0055】そして、期間TON2において上記モード
が終了すると引き続いてモードとしての動作に移行す
る。このモード開始時は、図2(d)に示すクランプ
電流ICLが負の方向から正方向に反転するタイミングと
される。このタイミングでは、補助スイッチング素子Q
2は、このクランプ電流ICLが負の方向から正方向に反
転するタイミングで、ZVS及びZCSによりターンオ
ンする。このようにして補助スイッチング素子Q2がオ
ンとなる状態では、このときに得られる一次側並列共振
回路の共振作用によって、一次巻線N1→クランプコン
デンサCCLを介して、補助スイッチング素子Q2のドレ
イン→ソースにクランプ電流ICLが流れ、図2(d)に
示すように、正方向に増加していく波形が得られる。Then, when the above mode is completed in the period TON2, the operation subsequently proceeds to the mode. At the start of this mode, the timing is such that the clamp current ICL shown in FIG. 2D is reversed from the negative direction to the positive direction. At this timing, the auxiliary switching element Q
2 is turned on by ZVS and ZCS at the timing when the clamp current ICL reverses from the negative direction to the positive direction. In the state where the auxiliary switching element Q2 is turned on in this manner, the resonance action of the primary side parallel resonance circuit obtained at this time causes the primary winding N1 → the drain → source of the auxiliary switching element Q2 via the clamp capacitor CCL. 2D, a waveform increasing in the positive direction is obtained as shown in FIG.
【0056】ここで、図示していないが、補助スイッチ
ング素子Q2のゲートに印加される電圧は、駆動巻線N
gに誘起された電圧とされ、これは矩形波状のパルス電
圧となる。また、補助スイッチング素子Q2のゲートに
流れるゲート流入電流は、コンデンサCgと抵抗R2と
により形成される微分回路によって微分波形となって、
期間td1の終了直後と、期間td2において流れるよ
うにされる。期間td1及び期間td2は、メインスイ
ッチング素子Q1及び補助スイッチング素子Q2が共にオ
フとなるスレッシュホールド期間とされ、上記ゲート流
入電流が流れることによってこのスレッシュホールド期
間が保持されるものである。Here, although not shown, the voltage applied to the gate of the auxiliary switching element Q2 is
g, which is a pulse voltage having a rectangular waveform. Further, the gate inflow current flowing to the gate of the auxiliary switching element Q2 becomes a differential waveform by a differentiating circuit formed by the capacitor Cg and the resistor R2.
The current flows immediately after the end of the period td1 and in the period td2. The period td1 and the period td2 are threshold periods during which both the main switching element Q1 and the auxiliary switching element Q2 are turned off, and the threshold period is maintained by the flow of the gate inflow current.
【0057】上記モードの動作は、補助スイッチング
素子Q2がターンオンしていることで、これまで期間TO
FFにおいて0レベルとされていた、補助スイッチング素
子Q2の両端電圧V2が立ち上がりを開始するタイミング
を以て終了するようにされ、続いては、期間td2にお
けるモードとしての動作に移行する。モードでは、
並列共振コンデンサCrが一次巻線N1に対して放電電
流を流す動作が得られる。つまり部分共振動作が得られ
る。このときにメインスイッチング素子Q1にかかる並
列共振電圧V1は、上述もしたように並列共振コンデン
サCrのキャパシタンスが小さいことに因って、その傾
きが大きいものとなり、図2(a)に示すようにして、
急速に0レベルに向かって下降するようにして立ち下が
っていく。そして、補助スイッチング素子Q2は、上記
モードが終了してモードが開始されるタイミングで
ターンオフを開始するが、このときには、上記したよう
にして並列共振電圧V1が或る傾きを有して立ち下がる
ことで、ZVSによるターンオフ動作となる。また、補
助スイッチング素子Q2がターンオフすることによって
発生する電圧は、上記したようにして並列共振コンデン
サCrが放電を行うことで、急峻には立ち上がらないよ
うにされる。この動作は、例えば図2(c)の補助スイ
ッチング素子Q2の両端電圧V2として示されるように、
期間td2(モード時)を以て、或る傾きを有して0
レベルからピークレベルに遷移する波形として示されて
いる。なお、この補助スイッチング素子Q2の両端電圧
V2としては、補助スイッチング素子Q2がオフとされる
期間TOFF2において、例えば300Vpを有すると共
に、この期間TOFF2の開始期間である期間td1(モー
ド時)を以て0レベルに遷移し、終了期間である期間
td2(モード時)を以て、上述のように0レベルか
ら300Vpに遷移する波形となる。そして、以降は、
1スイッチング周期ごとにモード〜の動作が繰り返
される。The operation in the above-described mode is as follows.
The operation is terminated at a timing when the voltage V2 across the auxiliary switching element Q2, which has been set to the 0 level in the FF, starts rising, and then the operation shifts to a mode operation in the period td2. In mode,
An operation is obtained in which the parallel resonance capacitor Cr supplies a discharge current to the primary winding N1. That is, a partial resonance operation is obtained. At this time, the parallel resonance voltage V1 applied to the main switching element Q1 has a large slope due to the small capacitance of the parallel resonance capacitor Cr as described above, and as shown in FIG. hand,
It falls so as to rapidly descend to the 0 level. Then, the auxiliary switching element Q2 starts to turn off at the timing when the mode ends and the mode is started. At this time, the parallel resonance voltage V1 falls with a certain slope as described above. Then, a turn-off operation by ZVS is performed. Further, the voltage generated when the auxiliary switching element Q2 is turned off is prevented from rising sharply by discharging the parallel resonance capacitor Cr as described above. This operation is performed, for example, as shown as a voltage V2 across the auxiliary switching element Q2 in FIG.
During the period td2 (in the mode), 0 with a certain inclination
It is shown as a waveform that transitions from level to peak level. The voltage V2 across the auxiliary switching element Q2 has, for example, 300 Vp in a period TOFF2 in which the auxiliary switching element Q2 is turned off, and has a zero level during a period td1 (in a mode) which is a start period of the period TOFF2. And, during the period td2 (in the mode), which is the end period, the waveform changes from the 0 level to 300 Vp as described above. And after that,
The operations of modes 1 to 4 are repeated every switching cycle.
【0058】また、二次側の動作としては、図2(f)
に二次巻線N2(二次側並列共振コンデンサC2)の両端
に得られる二次側交番電圧V3が示され、図2(g)に
は、二次側アクティブクランプ回路40の補助スイッチ
ング素子Q3に流れるクランプ電流IQ3がが示される。
二次側交番電圧V3は、二次側整流ダイオードDOが導通
してオンとなる期間DONにおいて、二次側直流電圧EO
のレベルでクランプされ、オフとなる期間DOFFにおい
て、負極性の方向にピークが得られる波形となってい
る。The operation on the secondary side is shown in FIG.
FIG. 2G shows a secondary alternating voltage V3 obtained at both ends of a secondary winding N2 (secondary parallel resonance capacitor C2). FIG. Is shown.
The secondary side alternating voltage V3 is the secondary DC voltage EO during the period DON during which the secondary side rectifier diode DO conducts and turns on.
, And has a waveform in which a peak is obtained in the negative polarity direction during the OFF period DOFF.
【0059】二次側アクティブクランプ回路40の補助
スイッチング素子Q3は、二次側整流ダイオードDOが導
通してオンとなる期間DON、つまり期間TOFF3において
オフ状態となり、二次側整流ダイオードDOがオフとな
る期間DOFF、つまり期間TON3においてオンとなって図
2(g)に示すようにしてクランプ電流IQ3を流すよう
にされる。但し、クランプ電流IQ3が負極性方向に流れ
る前半期間は、クランプダイオードDD3→クランプコン
デンサCCL2を介して流れる期間であり、正極性方向に
流れる後半期間は、クランプコンデンサCCL2→補助ス
イッチング素子Q3(ドレイン→ソース)を流れる期間
とされる。The auxiliary switching element Q3 of the secondary-side active clamp circuit 40 is turned off in a period DON in which the secondary-side rectifier diode DO conducts and is turned on, that is, in a period TOFF3, and the secondary-side rectifier diode DO is turned off. During a certain period DOFF, that is, during a period TON3, the clamp current IQ3 is caused to flow as shown in FIG. However, the first half period in which the clamp current IQ3 flows in the negative polarity direction is a period in which the clamp current IQ3 flows through the clamp diode DD3 → the clamp capacitor CCL2, and the second half period in which the clamp current IQ3 flows in the positive polarity direction is the clamp capacitor CCL2 → the auxiliary switching element Q3 (drain → Source).
【0060】例えば二次側アクティブクランプ回路40
が備えられない場合には、図2(f)に破線により示す
ようにして、期間DOFFの二次側交番電圧V3は、ピーク
レベルがより高い正弦波状の波形となるのであるが、二
次側アクティブクランプ回路40を備えた場合には、上
記のようにして期間DOFF(=期間TON3)においてクラ
ンプ電流IQ3が流れるようにされることで、二次側交番
電圧V3の負極性方向のピークレベルは抑制されること
になるものである。For example, the secondary side active clamp circuit 40
Is not provided, as shown by the broken line in FIG. 2 (f), the secondary alternating voltage V3 in the period DOFF has a sinusoidal waveform having a higher peak level. When the active clamp circuit 40 is provided, the peak current in the negative direction of the secondary alternating voltage V3 is reduced by allowing the clamp current IQ3 to flow in the period DOFF (= period TON3) as described above. It will be suppressed.
【0061】また、上記図2(a)〜(g)に示した各
部の動作波形は、例えば負荷電力Po=50Wにまで軽
負荷となった条件の下では、それぞれ、図2(h)〜
(n)に示すようにして変化する。The operation waveforms of the respective parts shown in FIGS. 2A to 2G are shown in FIGS. 2H to 2H under the condition that the load becomes light, for example, to the load power Po = 50 W.
It changes as shown in (n).
【0062】ここで、例えば図2(a)と図2(h)の
一次側並列共振電圧V1を比較して分かるように、図2
(h)に示す波形のほうが、メインスイッチング素子Q
1がオンとなる期間TONが短くなっており、これによっ
てスイッチング周波数は図2(a)に示す重負荷時より
も高くなっている。なお、実際としては、メインスイッ
チング素子Q1がオンとなる期間TOFFも若干の変化が得
られている。これは、一次側のメインスイッチング素子
Q1は、負荷電力が小さくなって二次側出力電圧EOが上
昇するのに応じて、スイッチング周波数が高くなるよう
に制御され、これと同時に1スイッチング周期内のオン
/オフ期間が可変制御されることを示している。即ち、
前述した3つのパラメータ(スイッチング周波数fs、
期間TON、TOFF)を可変制御する複合制御方式による
定電圧動作が得られていることを示している。Here, for example, as can be seen by comparing the primary side parallel resonance voltage V1 in FIG. 2A and FIG.
The waveform shown in (h) is the main switching element Q
The period TON during which 1 is turned on is short, so that the switching frequency is higher than at the time of heavy load shown in FIG. Actually, a slight change is also obtained in the period TOFF during which the main switching element Q1 is turned on. This is because the primary-side main switching element Q1 is controlled so that the switching frequency becomes higher as the load power becomes smaller and the secondary-side output voltage EO rises. This shows that the ON / OFF period is variably controlled. That is,
The above three parameters (switching frequency fs,
This shows that the constant voltage operation by the complex control system in which the periods TON and TOFF are variably controlled is obtained.
【0063】一方、補助スイッチング素子Q2は、駆動
巻線Ng1に得られる電圧波形に従ったタイミングで駆
動されるもので、駆動巻線Ng1に得られる電圧は、一
次巻線N1に発生する交番電圧によって励起されるもの
である。従って、上記のようにしてメインスイッチング
素子Q1のスイッチング動作が制御されるのに同期する
ようにして、補助スイッチング素子Q2は、オン期間TO
N2及びオフ期間TOFF2が可変されることで、やはりスイ
ッチング周波数が可変制御される。つまり、本実施の形
態においては、補助スイッチング素子Q2側については
自励式で駆動しているのに関わらず、メインスイッチン
グ素子Q1のオン/オフ期間の変化に対応するようにし
て、補助スイッチング素子Q2のオン/オフ期間も同時
に制御されるものである。これは、負荷変動及び整流平
滑電圧Ei等の変動に応じて駆動巻線Ng1の誘起電圧
が変化するために、補助スイッチング素子Q2のドライ
ブ電圧レベルが変化することに起因するものである。On the other hand, the auxiliary switching element Q2 is driven at a timing according to the voltage waveform obtained in the drive winding Ng1, and the voltage obtained in the drive winding Ng1 is the alternating voltage generated in the primary winding N1. Is excited by Therefore, the auxiliary switching element Q2 is turned on during the ON period TO so that the switching operation of the main switching element Q1 is controlled as described above.
The switching frequency is also variably controlled by varying the N2 and the OFF period TOFF2. That is, in the present embodiment, regardless of whether the auxiliary switching element Q2 is driven in a self-excited manner or not, the auxiliary switching element Q2 is adapted to respond to changes in the on / off period of the main switching element Q1. Are also controlled at the same time. This is because the drive voltage level of the auxiliary switching element Q2 changes because the induced voltage of the drive winding Ng1 changes according to the load change and the change of the rectified smoothed voltage Ei and the like.
【0064】そして、このような軽負荷の条件の下で
も、図2(h)〜(n)側に示すタイミングでモード
〜の動作が行われることで、一次側並列共振電圧V1
のピークレベルは150Vp程度にまで抑制され、ま
た、補助スイッチング素子Q2の両端電圧V2のピークレ
ベルも例えば150Vp程度にまで抑制される。Even under such a light load condition, the operations in the modes 1 to 3 are performed at the timings shown in FIGS. 2H to 2N, so that the primary side parallel resonance voltage V1
Is suppressed to about 150 Vp, and the peak level of the voltage V2 across the auxiliary switching element Q2 is also suppressed to, for example, about 150 Vp.
【0065】また、上記のようにして一次側において負
荷変動(又は交流入力電圧の変動)に応じて複合制御が
実行されるのに応じて、二次側においては次のような動
作となる。つまり、図2(f)(m)の二次側交番電圧
V3と、図2(g)(n)のクランプ電流IQ3とを比較
して分かるように、軽負荷となるのに従って、期間DON
(=期間TOFF3)が短くなるように制御されている。こ
れに対して、期間DOFF(==期間TON3)は若干長くな
るようには変化するものの、期間DONの変化に対しては
著しく小さなものとなっている。In addition, as described above, as the composite control is executed in response to the load fluctuation (or the fluctuation of the AC input voltage) on the primary side, the following operation is performed on the secondary side. That is, as can be seen by comparing the secondary-side alternating voltage V3 in FIGS. 2F and 2M with the clamp current IQ3 in FIGS. 2G and 2N, the period DON increases as the load decreases.
(= Period TOFF3) is controlled to be short. On the other hand, the period DOFF (== the period TON3) changes so as to be slightly longer, but is extremely small with respect to the change in the period DON.
【0066】参考のために、上記図2に示した実験結果
を得た際の、図1に示した電源回路における要部の素子
についての選定値を示しておく。先ず、MOS−FET
とされるメインスイッチング素子Q1については400
V/10Aの低オン抵抗品を、また、同じくMOS−F
ETとされる補助スイッチング素子Q2,Q3の各々につ
いては、400V/10Aの低オン抵抗品を選定した。
また、残る各素子については以下のような値を選定し
た。 並列共振コンデンサCr=1000pF クランプコンデンサCCL=0.033μF 二次側並列共振コンデンサC2=4700pF 一次巻線N1=二次巻線N2=43T 駆動巻線Ng1=Ng2=1T クランプコンデンサCCL2=0.1μF コンデンサCg1=0.39μF 抵抗R1=22Ω 抵抗R2=100ΩFor reference, the values selected for the main elements in the power supply circuit shown in FIG. 1 when the experimental results shown in FIG. 2 are obtained are shown. First, MOS-FET
400 for the main switching element Q1
V / 10A low on-resistance product and MOS-F
For each of the auxiliary switching elements Q2 and Q3, which are regarded as ET, a low on-resistance product of 400V / 10A was selected.
The following values were selected for the remaining elements. Parallel resonance capacitor Cr = 1000 pF Clamp capacitor CCL = 0.033 μF Secondary parallel resonance capacitor C2 = 4700 pF Primary winding N1 = Secondary winding N2 = 43T Driving winding Ng1 = Ng2 = 1T Clamp capacitor CCL2 = 0.1 μF Capacitor Cg1 = 0.39μF Resistance R1 = 22Ω Resistance R2 = 100Ω
【0067】また、図3に、図1に示した本実施の形態
の電源回路の定電圧特性として、交流入力電圧VACの変
動に対するメインスイッチング素子Q1のオン期間TON
1、及び補助スイッチング素子Q3のオン期間TON3の変
動特性を示している。また、この図においては、交流入
力電圧VACに対する電力変換効率ηAC→DCの関係が示さ
れる。FIG. 3 shows a constant voltage characteristic of the power supply circuit according to the present embodiment shown in FIG. 1 as an on-period TON of the main switching element Q1 with respect to a change in the AC input voltage VAC.
1 and fluctuation characteristics of the ON period TON3 of the auxiliary switching element Q3. Also, in this figure, the relationship of the power conversion efficiency ηAC → DC with respect to the AC input voltage VAC is shown.
【0068】この図に示すようにして、交流入力電圧V
ACの上昇に応じては、メインスイッチング素子Q1のオ
ン期間TONが短くなるように制御されており、これはメ
インスイッチング素子Q1のオフ期間TOFFはほぼ一定
で、オン期間TONをPWM制御することでスイッチング
周波数を可変している複合制御方式としての動作が得ら
れていることを示している。そして、二次側の補助スイ
ッチング素子Q3のオン期間TON3としては、交流入力電
圧VACの上昇に応じて若干長くなるように変化はしてい
るものの、その変化量は非常に少ないものとなっている
ことが分かる。As shown in this figure, the AC input voltage V
According to the rise of AC, the ON period TON of the main switching element Q1 is controlled to be shortened. This is because the OFF period TOFF of the main switching element Q1 is almost constant, and the ON period TON is controlled by PWM. This shows that an operation as a complex control method in which the switching frequency is varied is obtained. The on-period TON3 of the secondary-side auxiliary switching element Q3 is changed to be slightly longer in accordance with the rise of the AC input voltage VAC, but the change is very small. You can see that.
【0069】そして、交流入力電圧VACの変動に対する
電力変換効率ηAC→DCとしては、同じ図3に示される。
図9に示した回路では、図11にも示したように、電力
変換効率ηAC→DCは、交流入力電圧VACの上昇に応じて
低下していく傾向を有しているが、本実施の形態とされ
る図1の回路では、この図3に示されるように、交流入
力電圧VACの変動に関わらずほぼ一定となっており、交
流入力電圧VACの上昇に応じて低下していくという傾向
は見られないものである。FIG. 3 shows the power conversion efficiency ηAC → DC with respect to the fluctuation of the AC input voltage VAC.
In the circuit shown in FIG. 9, as shown in FIG. 11, the power conversion efficiency ηAC → DC has a tendency to decrease as the AC input voltage VAC increases. As shown in FIG. 3, the circuit of FIG. 1 is substantially constant irrespective of the fluctuation of the AC input voltage VAC, and tends to decrease as the AC input voltage VAC increases. It is not seen.
【0070】また、図4には、定電圧特性として、負荷
電力Poの変動に対するメインスイッチング素子Q1の
オン期間TON、及び補助スイッチング素子Q3のオン期
間TON3の変動特性を示している。また、この図におい
ては、負荷電力Poに対する電力変換効率ηAC→DCの変
動特性が示される。図示するように負荷電力Poが50
Wから200Wにまで重くなっていくのに従って、複合
制御方式による定電圧化が行われることでメインスイッ
チング素子Q1のオン期間TONは、高くなっていく傾向
を有する。これに対して、補助スイッチング素子Q3の
オン期間TON3は低くなっていく傾向を有するのである
が、その傾きは、メインスイッチング素子Q1のオン期
間TONの変化と比較して緩やかなものとなっている。FIG. 4 shows, as constant voltage characteristics, fluctuation characteristics of the ON period TON of the main switching element Q1 and the ON period TON3 of the auxiliary switching element Q3 with respect to the fluctuation of the load power Po. Further, in this figure, the fluctuation characteristics of the power conversion efficiency ηAC → DC with respect to the load power Po are shown. As shown, the load power Po is 50
As the weight increases from W to 200 W, the on-period TON of the main switching element Q1 tends to increase as a constant voltage is applied by the complex control method. On the other hand, the on-period TON3 of the auxiliary switching element Q3 has a tendency to decrease, but the inclination is gentler than the change of the on-period TON of the main switching element Q1. .
【0071】また、電力変換効率ηAC→DCとしては、負
荷電力Po=50W〜200Wの変動範囲において、約
90%程度が安定して維持されている。つまり、この場
合にも、軽負荷の条件となるのに応じて、電力変換効率
ηAC→DCが低下していくという傾向は見られないもので
ある。As for the power conversion efficiency η AC → DC, about 90% is stably maintained in the fluctuation range of the load power Po = 50 W to 200 W. That is, also in this case, there is no tendency that the power conversion efficiency ηAC → DC is reduced in accordance with the light load condition.
【0072】これら図3及び図4に示されるように、電
力変換効率ηAC→DCは、交流入力電圧VACの上昇、又は
負荷が軽くなるのに応じて低下することなく、これらの
変動に対してほぼ一定となるように保たれるのは、これ
までにおいても説明したように、補助スイッチング素子
Q3のオン期間TON3の変動が少なくなっていることに依
る。つまり、交流入力電圧VACの上昇又は軽負荷の傾向
となるのに対応した点電圧制御動作によっても、補助ス
イッチング素子Q3のオン期間TON3(導通角)は著しく
拡大しないことから、オン期間TON3における補助スイ
ッチング素子Q3の電力損失の増加の問題がほぼ解消さ
れているものである。これに対して、例えば図9に示す
回路では、安定化動作は、補助スイッチング素子Q3の
導通角(オン期間TON3)を制御することに依存してい
たことから、交流入力電圧VACの上昇及び軽負荷の傾向
となった場合には、必然的に補助スイッチング素子Q3
の導通角が拡大され、補助スイッチング素子Q3にての
電力損失の増加は避けられなかったものである。As shown in FIGS. 3 and 4, the power conversion efficiency ηAC → DC does not decrease as the AC input voltage VAC increases or the load becomes lighter. The reason why the voltage is kept substantially constant is because the fluctuation of the ON period TON3 of the auxiliary switching element Q3 is reduced as described above. That is, the on-period TON3 (conduction angle) of the auxiliary switching element Q3 does not significantly increase even by the point voltage control operation corresponding to the tendency of the increase of the AC input voltage VAC or the light load. The problem of an increase in the power loss of the switching element Q3 is almost eliminated. On the other hand, in the circuit shown in FIG. 9, for example, the stabilizing operation depends on controlling the conduction angle (ON period TON3) of the auxiliary switching element Q3. If the load tends to occur, the auxiliary switching element Q3
Is increased, and an increase in power loss in the auxiliary switching element Q3 cannot be avoided.
【0073】これにより、本実施の形態の電源回路とし
ての電力変換効率が著しく向上されることになる。ま
た、電力変換効率の向上に伴い、補助スイッチング素子
Q3の発熱も抑制されることから、放熱板を設ける必要
もなくなるものである。As a result, the power conversion efficiency of the power supply circuit of the present embodiment is significantly improved. Further, since the heat generation of the auxiliary switching element Q3 is suppressed with the improvement of the power conversion efficiency, it is not necessary to provide a heat sink.
【0074】また、図2によっても説明したように、一
次側アクティブクランプ回路20を備えたことによって
は、一次側並列共振コンデンサCrのピークレベルにつ
いて、図9に示した回路の1/2程度にまで抑制するこ
とができる。従って、メインスイッチング素子Q1、及
び一次側並列共振コンデンサCr等の素子については、
これまでよりも低耐圧のものを選定することができるこ
となる。例えば、AC100V系であれば、一次側に備
えられるメインスイッチング素子Q1及びについては、
400Vの耐圧品を選定すればよく、AC200V系で
あれば、その倍の800Vの耐圧品を選定すればよくな
る。As described with reference to FIG. 2, the provision of the primary-side active clamp circuit 20 allows the peak level of the primary-side parallel resonance capacitor Cr to be about half that of the circuit shown in FIG. It can be suppressed up to. Therefore, for elements such as the main switching element Q1 and the primary side parallel resonance capacitor Cr,
A device with a lower breakdown voltage than before can be selected. For example, in the case of an AC 100 V system, the main switching element Q1 provided on the primary side and
It is sufficient to select a withstand voltage product of 400 V, and in the case of an AC 200 V system, a double withstand voltage product of 800 V may be selected.
【0075】また、二次側アクティブクランプ回路40
を備えることによっては、二次側交番電圧(二次側並列
共振電圧)V3のレベルを1/2程度にまで抑制するこ
とが可能とされることから、補助スイッチング素子Q
3、二次側並列共振コンデンサC2及び整流ダイオードD
O等について、やはり、これまでよりも低耐圧なものを
選定することができる。例えば、補助スイッチング素子
Q3としては、二次側直流出力電圧EOとして必要なレベ
ルがEO=150Vまでである場合には、同様にして4
00Vの耐圧品を選定すればよいこととなる。そして、
このようにして各素子が低耐圧品となることで、本実施
の形態としては各素子の特性が向上して、電力損失の少
なくできるため、電源回路としての信頼性を向上させる
ことが可能になり、また、この点でも電力変換効率の向
上が図られることになる。更には、低耐圧品は安価で小
型となることから、コストを削減し、また、回路の小型
化を図ることも可能になるものである。The secondary side active clamp circuit 40
, The level of the secondary side alternating voltage (secondary parallel resonance voltage) V3 can be suppressed to about 1/2, so that the auxiliary switching element Q
3. Secondary parallel resonance capacitor C2 and rectifier diode D
As for O and the like, those having a lower breakdown voltage than before can be selected. For example, if the level required as the secondary side DC output voltage EO is up to EO = 150 V, the auxiliary switching element
What is necessary is to select a withstand voltage product of 00V. And
In this manner, the characteristics of each element are improved and the power loss can be reduced by making each element a low withstand voltage product in this manner, so that the reliability as a power supply circuit can be improved. In this respect, the power conversion efficiency can be improved. Further, since the low withstand voltage product is inexpensive and small, the cost can be reduced and the circuit can be downsized.
【0076】また、本実施の形態においては、アクティ
ブクランプ回路20,40においては、自励式の駆動回
路系によって、補助スイッチング素子を駆動するように
もしている。例えば、補助スイッチング素子をスイッチ
ング駆動するための他の構成として、IC等によるスイ
ッチング駆動回路を設けることで、補助スイッチング素
子を複合制御により駆動するための他励式による駆動回
路系を追加的に備えることが考えられる。つまり、メイ
ンスイッチング素子と共に補助スイッチング素子を他励
式ICなどの回路により駆動するものである。しかし、
この構成では、メインスイッチング素子についてのスイ
ッチング周波数制御とPWM制御を同時に行うための他
励式の回路系と、補助スイッチング素子についてのスイ
ッチング周波数制御とPWM制御を同時に行うための他
励式の回路系とを設ける必要がある。従って、それだ
け、回路構成が複雑になると共に部品点数も増加して、
回路の小型軽量化の妨げとなる。これに対して、本実施
の形態として上記したような構成を採れば、補助スイッ
チング素子駆動回路系としては、絶縁コンバータトラン
スPITに巻装される1Tのみの巻線と、数本の抵抗、
及び1本のコンデンサという、非常に簡略な回路構成と
なるものであり、これによっても、他励式の場合と同様
の動作が実現できるものである。In the present embodiment, in the active clamp circuits 20 and 40, the auxiliary switching elements are driven by a self-excited drive circuit system. For example, as another configuration for switchingly driving the auxiliary switching element, a switching drive circuit such as an IC is provided, and a separately-excited driving circuit system for driving the auxiliary switching element by combined control is additionally provided. Can be considered. That is, the auxiliary switching element is driven by a circuit such as a separately-excited IC together with the main switching element. But,
In this configuration, a separately-excited circuit system for simultaneously performing switching frequency control and PWM control for the main switching element and a separately-excited circuit system for simultaneously performing switching frequency control and PWM control for the auxiliary switching element are provided. Must be provided. Therefore, the circuit configuration becomes more complicated and the number of parts increases.
This hinders downsizing of the circuit. On the other hand, if the configuration as described above is adopted in the present embodiment, the auxiliary switching element drive circuit system includes only a 1T winding wound around the insulating converter transformer PIT, several resistors,
And a single capacitor, which is a very simple circuit configuration, which can also realize the same operation as that of the separately excited type.
【0077】図5は、第2の実施の形態としてのスイッ
チング電源回路の構成例を示している。なお、この図4
において図1と同一部分には同一符号を付して、ここで
の説明は省略することとする。FIG. 5 shows a configuration example of a switching power supply circuit according to the second embodiment. Note that FIG.
In the figure, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0078】この図5に示す電源回路の一次側には、1
石のスイッチング素子Q1によりシングルエンド動作を
行う電圧共振形コンバータ回路として、自励式の構成が
示される。この場合、スイッチング素子Q1には、高耐
圧のバイポーラトランジスタ(BJT;接合型トランジ
スタ)が採用されている。The primary side of the power supply circuit shown in FIG.
A self-excited configuration is shown as a voltage resonance type converter circuit that performs single-ended operation by a stone switching element Q1. In this case, a high withstand voltage bipolar transistor (BJT; junction transistor) is employed as the switching element Q1.
【0079】スイッチング素子Q1のベースは、ベース
電流制限抵抗RB−起動抵抗RSを介して平滑コンデンサ
Ci(整流平滑電圧Ei)の正極側に接続されて、起動
時のベース電流を整流平滑ラインから得るようにしてい
る。また、スイッチング素子Q1のベースと一次側アー
ス間には、駆動巻線NB−共振コンデンサCB−ベース電
流制限抵抗RBの直列接続回路よりなる自励発振駆動用
の直列共振回路が接続される。また、スイッチング素子
Q1のベースと平滑コンデンサCiの負極(1次側アー
ス)間に挿入されるクランプダイオードDDにより、ス
イッチング素子Q1のオフ時に流れるクランプ電流の経
路を形成するようにされており、また、スイッチング素
子Q1のコレクタは、絶縁コンバータトランスPITの
一次巻線N1の一端と接続され、エミッタは接地され
る。The base of the switching element Q1 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor Ci (rectified smoothing voltage Ei) via the base current limiting resistor RB-starting resistor RS to obtain a base current at the time of starting from the rectifying smoothing line. Like that. In addition, a series resonance circuit for driving self-oscillation composed of a series connection circuit of a drive winding NB, a resonance capacitor CB and a base current limiting resistor RB is connected between the base of the switching element Q1 and the primary side ground. A clamp diode DD inserted between the base of the switching element Q1 and the negative electrode (primary ground) of the smoothing capacitor Ci forms a path for a clamp current flowing when the switching element Q1 is turned off. , The collector of switching element Q1 is connected to one end of primary winding N1 of insulating converter transformer PIT, and the emitter is grounded.
【0080】また、上記スイッチング素子Q1のコレク
タ−エミッタ間に対しては、並列共振コンデンサCrが
並列に接続されている。そしてこの場合にも、並列共振
コンデンサCr自身のキャパシタンスと、絶縁コンバー
タトランスPITの一次巻線N1側のリーケージインダ
クタンスL1とにより電圧共振形コンバータの一次側並
列共振回路を形成する。A parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel between the collector and the emitter of the switching element Q1. Also in this case, the primary parallel resonance circuit of the voltage resonance type converter is formed by the capacitance of the parallel resonance capacitor Cr itself and the leakage inductance L1 on the primary winding N1 side of the insulating converter transformer PIT.
【0081】この図に示す直交形制御トランスPRT
は、共振電流検出巻線ND、駆動巻線NB、及び制御巻線
NCが巻装された可飽和リアクトルである。この直交形
制御トランスPRTは、スイッチング素子Q1を駆動す
ると共に、定電圧制御のために設けられる。この直交形
制御トランスPRTの構造としては、図示は省略する
が、4本の磁脚を有する2つのダブルコの字形コアの互
いの磁脚の端部を接合するようにして立体型コアを形成
する。そして、この立体型コアの所定の2本の磁脚に対
して、同じ巻回方向に共振電流検出巻線ND、駆動巻線
NBを巻装し、更に制御巻線NCを、上記共振電流検出巻
線ND及び駆動巻線NBに対して直交する方向に巻装して
構成される。The orthogonal control transformer PRT shown in FIG.
Is a saturable reactor on which a resonance current detection winding ND, a drive winding NB, and a control winding NC are wound. This orthogonal control transformer PRT drives the switching element Q1 and is provided for constant voltage control. As the structure of the orthogonal control transformer PRT, although not shown, a three-dimensional core is formed by joining the ends of the two magnetic legs of two double U-shaped cores having four magnetic legs. . Then, a resonance current detection winding ND and a drive winding NB are wound around the predetermined two magnetic legs of the three-dimensional core in the same winding direction, and the control winding NC is connected to the resonance current detection winding. It is constructed by winding in a direction orthogonal to the winding ND and the driving winding NB.
【0082】この場合、直交形制御トランスPRTの共
振電流検出巻線NDは、平滑コンデンサCiの正極と絶
縁コンバータトランスPITの一次巻線N1との間に直
列に挿入されることで、スイッチング素子Q1のスイッ
チング出力は、一次巻線N1を介して共振電流検出巻線
NDに伝達される。直交形制御トランスPRTにおいて
は、共振電流検出巻線NDに得られたスイッチング出力
がトランス結合を介して駆動巻線NBに誘起されること
で、駆動巻線NBにはドライブ電圧としての交番電圧が
発生する。このドライブ電圧は、自励発振駆動回路を形
成する直列共振回路(NB,CB)からベース電流制限抵
抗RBを介して、ドライブ電流としてスイッチング素子
Q1のベースに出力される。これにより、スイッチング
素子Q1は、直列共振回路の共振周波数により決定され
るスイッチング周波数でスイッチング動作を行うことに
なる。そして、そのコレクタに得られるとされるスイッ
チング出力を絶縁コンバータトランスPITの一次巻線
N1に伝達するようにされている。In this case, the resonance current detecting winding ND of the orthogonal control transformer PRT is inserted in series between the positive electrode of the smoothing capacitor Ci and the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT, so that the switching element Q1 Is transmitted to the resonance current detection winding ND via the primary winding N1. In the orthogonal control transformer PRT, the switching output obtained in the resonance current detection winding ND is induced in the drive winding NB via the transformer coupling, so that an alternating voltage as a drive voltage is applied to the drive winding NB. appear. This drive voltage is output from the series resonance circuit (NB, CB) forming the self-excited oscillation drive circuit to the base of the switching element Q1 as a drive current via the base current limiting resistor RB. As a result, the switching element Q1 performs a switching operation at a switching frequency determined by the resonance frequency of the series resonance circuit. The switching output obtained at the collector is transmitted to the primary winding N1 of the isolated converter transformer PIT.
【0083】また、この図5に示す回路に備えられる絶
縁コンバータトランスPITとしても、先に図7により
説明したのと同様の構造を有するものとされて、一次側
と二次側は疎結合の状態が得られるようにされている。
そして、この図に示す電源回路の二次側においても、二
次巻線N2に対して二次側並列共振コンデンサC2が並列
に接続されることで、二次側並列共振回路が形成されて
おり、従って、この電源回路としても複合共振形スイッ
チングコンバータとしての構成を得ている。The insulating converter transformer PIT provided in the circuit shown in FIG. 5 has the same structure as that described with reference to FIG. 7, and the primary side and the secondary side are loosely coupled. The state is obtained.
Also on the secondary side of the power supply circuit shown in this figure, a secondary parallel resonance circuit is formed by connecting a secondary parallel resonance capacitor C2 in parallel with the secondary winding N2. Therefore, the power supply circuit also has a configuration as a complex resonance type switching converter.
【0084】また、二次側において、二次側直流出力電
圧EOを得るための整流回路も、図1に示したのと同様
の構成を採っている。そして、本実施の形態において
は、二次側直流出力電圧EOは、制御回路1に対して検
出電圧として入力される。On the secondary side, the rectifier circuit for obtaining the secondary side DC output voltage EO also has the same configuration as that shown in FIG. In the present embodiment, the secondary-side DC output voltage EO is input to the control circuit 1 as a detection voltage.
【0085】制御回路1では、二次側直流出力電圧レベ
ルEOの変化に応じて、制御巻線NCに流す制御電流(直
流電流)レベルを可変することで、直交形制御トランス
PRTに巻装された駆動巻線NBのインダクタンスLBを
可変制御する。これにより、駆動巻線NBのインダクタ
ンスLBを含んで形成されるスイッチング素子Q1のため
の自励発振駆動回路内の直列共振回路の共振条件が変化
する。これは、スイッチング素子Q1のスイッチング周
波数を可変する動作となる。従って、本実施の形態にあ
っては、この一次側のスイッチング周波数制御によって
低圧二次側直流出力電圧レベルEO2を安定化する。ま
た、このような直交形制御トランスPRTを備えた定電
圧制御の構成にあっても、一次側のスイッチングコンバ
ータが電圧共振形とされていることで、スイッチング周
波数の可変制御と同時にスイッチング周期におけるスイ
ッチング素子の導通角制御(PWM制御)も行う、複合
制御方式としての動作が行われる。In the control circuit 1, the level of the control current (DC current) flowing through the control winding NC is varied according to the change in the secondary-side DC output voltage level EO, thereby being wound around the orthogonal control transformer PRT. The variable inductance LB of the driving winding NB is controlled. Thereby, the resonance condition of the series resonance circuit in the self-excited oscillation drive circuit for the switching element Q1 formed including the inductance LB of the drive winding NB changes. This is an operation of changing the switching frequency of the switching element Q1. Therefore, in the present embodiment, the low-voltage secondary-side DC output voltage level EO2 is stabilized by the switching frequency control on the primary side. In addition, even in the configuration of the constant voltage control including the orthogonal control transformer PRT, since the switching converter on the primary side is a voltage resonance type, the switching in the switching cycle can be performed simultaneously with the variable control of the switching frequency. An operation is performed as a complex control system that also performs element conduction angle control (PWM control).
【0086】また、図5に示す電源回路においても二次
側アクティブクランプ回路40が備えられるのである
が、ここでは、補助スイッチング素子として、BJTが
採用されている。このようにしてBJTを採用する場合
には、例えば図示するように、BJTとして2本のNP
Nトランジスタである、スイッチング素子Q3A,Q3Bを
備え、これをダーリントン接続するようにされる。ここ
では、スイッチング素子Q3Bのベースを、駆動巻線Ng
2−コンデンサCg2−抵抗Rg2から成る自励式駆動回
路に対して接続し、スイッチング素子Q3A,Q3Bの各コ
レクタを接続している。そして、このコレクタの接続点
をクランプコンデンサCCL2を介して、二次巻線N2の巻
始め端部に対して接続する。また、スイッチング素子Q
3Bのエミッタは、スイッチング素子Q3Aのベースと接続
される。スイッチング素子Q3Aのエミッタはクランプダ
イオードDD3のカソード−アノードを介して二次側アー
スに接続される。この接続形態では、クランプダイオー
ドDD3を流れるクランプ電流は、スイッチング素子Q3A
のベース−コレクタのPN接合を介してクランプコンデ
ンサCCL2に対して流されるようになっている。The power supply circuit shown in FIG. 5 also includes the secondary-side active clamp circuit 40. Here, BJT is employed as the auxiliary switching element. When the BJT is adopted in this manner, for example, as shown in FIG.
Switching elements Q3A and Q3B, which are N transistors, are provided, and are connected in Darlington. Here, the base of the switching element Q3B is connected to the drive winding Ng.
It is connected to a self-excited drive circuit consisting of 2-capacitor Cg2-resistance Rg2, and the collectors of switching elements Q3A and Q3B are connected. The connection point of the collector is connected to the winding start end of the secondary winding N2 via the clamp capacitor CCL2. Also, the switching element Q
The emitter of 3B is connected to the base of switching element Q3A. The emitter of the switching element Q3A is connected to the secondary side ground via the cathode and anode of the clamp diode DD3. In this connection configuration, the clamp current flowing through the clamp diode DD3 is the switching element Q3A
Through a base-collector PN junction to the clamp capacitor CCL2.
【0087】そして、この第2の実施の形態としても、
交流入力電圧VACの上昇及び軽負荷の条件に関わらず、
補助スイッチング素子[Q3A,Q3B]のオン期間TON3
の変動は、少ないものとすることができ、電力損失は低
減されるものである。また、図5に示す回路において
も、二次側アクティブクランプ回路40が備えられるこ
とから、二次側については図1の回路の場合と同様に、
二次側交番電圧(二次側並列共振電圧)V3のレベルを
1/2程度にまで抑制される。従って、補助スイッチン
グ素子Q3、二次側並列共振コンデンサC2及び整流ダイ
オードDO等について、低耐圧品を選定することができ
る。Then, in the second embodiment,
Regardless of the condition of rising AC input voltage VAC and light load,
ON period TON3 of auxiliary switching element [Q3A, Q3B]
Can be small, and the power loss is reduced. Also in the circuit shown in FIG. 5, since the secondary side active clamp circuit 40 is provided, the secondary side is similar to the circuit of FIG.
The level of the secondary side alternating voltage (secondary parallel resonance voltage) V3 is suppressed to about 1/2. Therefore, low withstand voltage products can be selected for the auxiliary switching element Q3, the secondary parallel resonance capacitor C2, the rectifier diode DO, and the like.
【0088】図6は、第3の実施の形態としての電源回
路の構成例を示す回路図である。なお、この図において
図1及び図5と同一部分には同一符号を付して説明を省
略する。この図6に示す回路の構成としては、図1に示
した回路と同様となる。但し、メインスイッチング素子
Q1、補助スイッチング素子Q2、補助スイッチング素子
Q3の各スイッチング素子について、IGBT(絶縁ゲ
ートバイポーラトランジスタ)が選定されている。従っ
て、この場合には、各スイッチング素子に接続されるク
ランプダイオードDD1,DD2,DD3としては、ボディダ
イオードではなく、これらのためのダイオード素子が追
加的に接続されることになる。例えば、IGBTの高耐
圧品は、MOS−FET同様に非常に高価なのである
が、本実施の形態としては、これまで述べてきたよう
に、アクティブクランプ回路が備えられることでスイッ
チング素子については低耐圧品を選定することができる
ために、低コスト化の点で非常に有利となる。FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply circuit according to the third embodiment. In this figure, the same parts as those in FIGS. 1 and 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The configuration of the circuit shown in FIG. 6 is the same as that of the circuit shown in FIG. However, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) is selected for each switching element of the main switching element Q1, the auxiliary switching element Q2, and the auxiliary switching element Q3. Therefore, in this case, as the clamp diodes DD1, DD2, and DD3 connected to the respective switching elements, not the body diodes but diode elements for these are additionally connected. For example, an IGBT with a high withstand voltage is very expensive like a MOS-FET, but in this embodiment, as described above, the switching element has a low withstand voltage by being provided with an active clamp circuit. Since a product can be selected, it is very advantageous in terms of cost reduction.
【0089】なお、第2の実施の形態においては、一次
側に対して自励式による共振コンバータを備えた構成の
下で定電圧制御を行うための制御トランスとして直交形
制御トランスが用いられているが、この直交形制御トラ
ンスの代わりに、先に本出願人により提案された斜交形
制御トランスを採用することができる。上記斜交形制御
トランスの構造としては、ここでの図示は省略するが、
例えば直交形制御トランスの場合と同様に、4本の磁脚
を有する2組のダブルコの字形コアを組み合わせること
で立体型コアを形成する。そして、この立体形コアに対
して制御巻線NCと駆動巻線NBを巻装するのであるが、
この際に、制御巻線と駆動巻線の巻方向の関係が斜めに
交差する関係となるようにされる。具体的には、制御巻
線NCと駆動巻線NBの何れか一方の巻線を、4本の磁脚
のうちで互いに隣り合う位置関係にある2本の磁脚に対
して巻装し、他方の巻線を対角の位置関係にあるとされ
る2本の磁脚に対して巻装するものである。そして、こ
のような斜交形制御トランスを備えた場合には、駆動巻
線を流れる交流電流が負の電流レベルから正の電流レベ
ルとなった場合でも駆動巻線のインダクタンスが増加す
るという動作傾向が得られる。これにより、スイッチン
グ素子をターンオフするための負方向の電流レベルは増
加して、スイッチング素子の蓄積時間が短縮されること
になるので、これに伴ってスイッチング素子のターンオ
フ時の下降時間も短くなり、スイッチング素子の電力損
失をより低減することが可能になるものである。In the second embodiment, an orthogonal control transformer is used as a control transformer for performing a constant voltage control under a configuration having a self-excited resonance converter for the primary side. However, instead of the orthogonal control transformer, an oblique control transformer previously proposed by the present applicant can be adopted. Although the illustration of the structure of the oblique control transformer is omitted here,
For example, as in the case of the orthogonal control transformer, a three-dimensional core is formed by combining two sets of double U-shaped cores having four magnetic legs. Then, the control winding NC and the driving winding NB are wound around the three-dimensional core.
At this time, the relationship between the winding directions of the control winding and the drive winding is set to obliquely intersect. Specifically, any one of the control winding NC and the drive winding NB is wound around two magnetic legs adjacent to each other among the four magnetic legs, The other winding is wound around two magnetic legs which are considered to be in a diagonal positional relationship. When such an oblique control transformer is provided, even when the AC current flowing through the drive winding changes from a negative current level to a positive current level, the operation tendency that the inductance of the drive winding increases. Is obtained. As a result, the current level in the negative direction for turning off the switching element increases, and the accumulation time of the switching element is shortened.Accordingly, the fall time at the time of turning off the switching element is also shortened, The power loss of the switching element can be further reduced.
【0090】また、本発明としては上記各実施の形態と
して示した構成に限定されるものではない。例えば上記
各実施の形態では、メインとなるスイッチング素子と補
助スイッチング素子とについては、MOS−FET、B
JT、IGBT等を採用するものとしているが、ほかに
も例えばSIT(静電誘導サイリスタ)などの他の素子
を採用することも考えられるものである。また、メイン
スイッチング素子Q1を他励式により駆動するためのス
イッチング駆動部の構成も各図に示したものに限定され
る必要はなく、適宜適切とされる回路構成に変更されて
構わない。また、二次側共振回路を含んで形成される二
次側の整流回路としても、実施の形態としての各図に示
した構成に限定されるものではなく、他の回路構成が採
用されて構わないものである。The present invention is not limited to the configurations shown in the above embodiments. For example, in the above embodiments, the main switching element and the auxiliary switching element are MOS-FET,
Although JT, IGBT and the like are adopted, other elements such as SIT (static induction thyristor) may be adopted. Further, the configuration of the switching drive unit for driving the main switching element Q1 by the separately-excited system need not be limited to that shown in each of the drawings, and may be appropriately changed to an appropriate circuit configuration. Also, the secondary-side rectifier circuit formed including the secondary-side resonance circuit is not limited to the configurations shown in the drawings as the embodiments, and other circuit configurations may be adopted. Not something.
【0091】[0091]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、二次側ア
クティブクランプ回路を備える複合共振形コンバータに
あって、一次側スイッチングコンバータを形成するスイ
ッチング素子についてスイッチング周波数と導通角とを
同時制御する複合制御方式によって二次側直流出力電圧
の定電圧化を図るようにされている。As described above, the present invention relates to a composite resonant converter having a secondary-side active clamp circuit, wherein the switching frequency and the conduction angle of the switching elements forming the primary-side switching converter are simultaneously controlled. The secondary side DC output voltage is made to be a constant voltage by the composite control method.
【0092】例えば、二次側アクティブクランプ回路を
形成する補助スイッチング素子の導通角制御によって定
電圧化を図る場合には、交流入力電圧の上昇及び軽負荷
に応じて補助スイッチング素子の導通角が拡大し、これ
によって電力損失が増加するという問題を有していた。
これに対して本発明では、上記した定電圧制御の構成を
採ることで、交流入力電圧や負荷の変動に応じた二次側
の補助スイッチング素子の導通角の変化を、より少ない
ものとすることができる。従って、定電圧制御に伴う電
力損失の増加がほとんどないようにされる。これによっ
て、電源回路としての電力変換効率は交流入力電圧や負
荷の変動によって低下することなく、ほぼ一定となるよ
うにされ、電力変換効率について大幅な向上が図られる
ことになる。そして、これに伴い、スイッチング素子に
おける発熱も抑制されることから、放熱板を設ける必要
が無くなり、それだけ電源回路の小型軽量化及び低コス
ト化を図ることができることになる。For example, when a constant voltage is to be achieved by controlling the conduction angle of the auxiliary switching element forming the secondary side active clamp circuit, the conduction angle of the auxiliary switching element is increased in accordance with the rise of the AC input voltage and light load. However, this has a problem that power loss increases.
On the other hand, in the present invention, by adopting the configuration of the constant voltage control described above, the change in the conduction angle of the secondary-side auxiliary switching element according to the change in the AC input voltage or the load is reduced. Can be. Therefore, the power loss accompanying the constant voltage control is hardly increased. As a result, the power conversion efficiency of the power supply circuit is made substantially constant without being reduced by the fluctuation of the AC input voltage or the load, and the power conversion efficiency is largely improved. In addition, since heat generation in the switching element is also suppressed, it is not necessary to provide a heat radiating plate, so that the power supply circuit can be reduced in size, weight, and cost.
【0093】また、二次側アクティブクランプ回路は、
二次巻線に得られる交番電圧のピークレベルを抑制する
ことから、例えば二次側アクティブクランプ回路を形成
する補助スイッチング素子や、二次側整流ダイオード、
二次側並列共振コンデンサ等について低耐圧品を選定で
き、これによって、スイッチング損失の低減、及び低コ
スト化及び小型化を図ることができるものとされてい
る。そして、本発明として、上記構成に対して一次側に
アクティブクランプ回路が備えられれば、一次側電圧共
振形コンバータにおいて発生する並列共振パルス電圧の
ピークレベルが抑制されるために、一次側電圧共振形コ
ンバータを形成するメインスイッチング素子や一次側並
列共振コンデンサ等についても低耐圧品を選定できるこ
とになり、これによっても、電源回路としての低コスト
化及び小型化に寄与することができる。そして、一次側
においても、スイッチング損失の低減が図られることに
なるり、電源回路全体としての電力変換効率はより向上
されることにもなる。The secondary side active clamp circuit is
Since the peak level of the alternating voltage obtained in the secondary winding is suppressed, for example, an auxiliary switching element forming a secondary-side active clamp circuit, a secondary-side rectifier diode,
A low withstand voltage product can be selected for the secondary side parallel resonance capacitor and the like, whereby the switching loss can be reduced, and the cost and size can be reduced. As the present invention, if an active clamp circuit is provided on the primary side with respect to the above configuration, the peak level of the parallel resonance pulse voltage generated in the primary side voltage resonance type converter is suppressed, so that the primary side voltage resonance type A low breakdown voltage product can also be selected for the main switching element, the primary side parallel resonance capacitor, and the like forming the converter, which can also contribute to a reduction in cost and size of the power supply circuit. Then, also on the primary side, the switching loss can be reduced, and the power conversion efficiency of the entire power supply circuit can be further improved.
【図1】本発明の第1の実施の形態としてのスイッチン
グ電源回路の構成を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply circuit according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本実施の形態の電源回路における要部の動作を
示す波形図である。FIG. 2 is a waveform chart showing an operation of a main part in the power supply circuit of the present embodiment.
【図3】本実施の形態の電源回路についての、交流入力
電圧VACに対する定電圧特性、及び電力変換効率の変動
特性を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a constant voltage characteristic with respect to an AC input voltage VAC and a fluctuation characteristic of power conversion efficiency in the power supply circuit of the present embodiment.
【図4】本実施の形態の電源回路についての、負荷電力
に対する定電圧特性、及び電力変換効率の変動特性を示
す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing constant voltage characteristics with respect to load power and fluctuation characteristics of power conversion efficiency in the power supply circuit of the present embodiment.
【図5】第2の実施の形態としてのスイッチング電源回
路の構成を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply circuit according to a second embodiment.
【図6】第3の実施の形態としてのスイッチング電源回
路の構成を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply circuit according to a third embodiment.
【図7】絶縁コンバータトランスの構成を示す断面図で
ある。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an insulating converter transformer.
【図8】相互インダクタンスが+M/−Mの場合の各動
作を示す等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing each operation when the mutual inductance is + M / −M.
【図9】先行技術としてのスイッチング電源回路の構成
例を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit as a prior art.
【図10】図9に示す電源回路の要部の動作を示す波形
図である。10 is a waveform chart showing an operation of a main part of the power supply circuit shown in FIG.
【図11】図9に示す電源回路についての、交流入力電
圧VACに対する定電圧特性、及び電力変換効率の変動特
性を示す説明図である。11 is an explanatory diagram showing constant voltage characteristics with respect to an AC input voltage VAC and fluctuation characteristics of power conversion efficiency in the power supply circuit shown in FIG. 9;
【図12】図9に示す電源回路についての、負荷電力に
対する定電圧特性、及び電力変換効率の変動特性を示す
説明図である。12 is an explanatory diagram showing constant voltage characteristics with respect to load power and fluctuation characteristics of power conversion efficiency in the power supply circuit shown in FIG. 9;
1 制御回路、20 一次側アクティブクランプ回路、
30 フォトカプラ、40 二次側アクティブクランプ
回路、10 スイッチング駆動部、11 発振回路、1
2 ドライブ回路、Q1 (メイン)スイッチング素
子、Q2,Q3,Q3A,Q3B 補助スイッチング素子、P
IT 絶縁コンバータトランス、N1 一次巻線、N2
二次巻線、N3 三次巻線、Cr 一次側並列共振コ
ンデンサ、C2 二次側並列共振コンデンサ、DO 二次
側整流ダイオード1 control circuit, 20 primary side active clamp circuit,
30 Photocoupler, 40 Secondary active clamp circuit, 10 Switching drive unit, 11 Oscillation circuit, 1
2 drive circuit, Q1 (main) switching element, Q2, Q3, Q3A, Q3B auxiliary switching element, P
IT isolation converter transformer, N1 primary winding, N2
Secondary winding, N3 tertiary winding, Cr Primary parallel resonance capacitor, C2 Secondary parallel resonance capacitor, DO Secondary rectifier diode
Claims (2)
して出力するためのメインスイッチング素子を備えて形
成されるスイッチング手段と、 上記スイッチング手段の動作を電圧共振形とする一次側
並列共振回路が形成されるようにして備えられる一次側
並列共振コンデンサと、 一次側と二次側とについて疎結合とされる所要の結合係
数が得られるようにギャップが形成され、一次側に得ら
れる上記スイッチング手段の出力を二次側に伝送する絶
縁コンバータトランスと、 上記絶縁コンバータトランスに巻装した二次巻線に対し
て二次側並列共振コンデンサを並列に接続することで形
成される二次側並列共振回路と、 上記絶縁コンバータトランスに巻装した二次巻線に得ら
れる交番電圧を入力して整流動作を行うことで二次側直
流出力電圧を得るように構成される直流出力電圧生成手
段と、 上記二次側巻線に対して並列に接続され、クランプコン
デンサと二次側補助スイッチング素子とによる直列接続
回路を備えることで、二次側巻線に発生する電圧をクラ
ンプするように設けられる二次側アクティブクランプ手
段と、 上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて、上記メイン
スイッチング素子のスイッチング周波数及び導通角制御
を実行することで、上記二次側直流出力電圧についての
定電圧制御を行うようにされる電圧制御手段と、 を備えていることを特徴とするスイッチング電源回路。1. A switching means comprising a main switching element for switching and outputting an inputted DC input voltage, and a primary side parallel resonance circuit which makes the operation of the switching means a voltage resonance type. And a primary side parallel resonant capacitor provided in such a manner that a gap is formed so as to obtain a required coupling coefficient that is loosely coupled between the primary side and the secondary side. An insulating converter transformer for transmitting an output to the secondary side, and a secondary-side parallel resonance circuit formed by connecting a secondary-side parallel resonance capacitor in parallel to the secondary winding wound on the insulating converter transformer The rectifying operation is performed by inputting the alternating voltage obtained in the secondary winding wound around the above-mentioned isolated converter transformer, and thereby the secondary-side DC output voltage is obtained. DC output voltage generating means configured to obtain a secondary winding, comprising a series connection circuit including a clamp capacitor and a secondary auxiliary switching element connected in parallel to the secondary winding. Secondary-side active clamping means provided to clamp a voltage generated in the line, and by controlling the switching frequency and conduction angle of the main switching element according to the level of the secondary-side DC output voltage, And a voltage control means for performing constant voltage control on the secondary-side DC output voltage.
フタイミングに同期した所定のオン/オフタイミングを
有するようにしてスイッチングを行う一次側補助スイッ
チング素子を備えることで、上記一次側並列共振コンデ
ンサの両端に発生する一次側並列共振電圧をクランプす
るように設けられる一次側アクティブクランプ手段、 を備えていることを特徴とする請求項1に記載のスイッ
チング電源回路。2. A primary auxiliary switching element that performs switching so as to have a predetermined on / off timing synchronized with an on / off timing of the main switching element, so that both ends of the primary parallel resonance capacitor are provided. 2. The switching power supply circuit according to claim 1, further comprising: primary-side active clamp means provided to clamp the generated primary-side parallel resonance voltage. 3.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008199878A (en) * | 2007-01-19 | 2008-08-28 | Toyota Industries Corp | Method of control of dc-dc converter, and dc-dc converter |
JP2009165314A (en) * | 2008-01-09 | 2009-07-23 | Canon Inc | Switching power supply |
-
2000
- 2000-07-25 JP JP2000229046A patent/JP2002044945A/en active Pending
Cited By (2)
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