JP2002078338A - Switching power supply circuit - Google Patents

Switching power supply circuit

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JP2002078338A
JP2002078338A JP2000264504A JP2000264504A JP2002078338A JP 2002078338 A JP2002078338 A JP 2002078338A JP 2000264504 A JP2000264504 A JP 2000264504A JP 2000264504 A JP2000264504 A JP 2000264504A JP 2002078338 A JP2002078338 A JP 2002078338A
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JP
Japan
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winding
circuit
primary
voltage
switching
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Application number
JP2000264504A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Yasumura
昌之 安村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce power loss in a composite resonance type switching converter, secure stable ZVS under heavy load conditions, and improve manufacturing efficiency. SOLUTION: The primary winding and secondary winding of an insulating converter transformer, provided in a composite resonance type switching power supply circuit, are wound respectively in directions opposite to each other and are connected to each other in an additive polarity manner. With such a constitution, since a primary flux and a secondary flux cancel each other, the core of the insulating converter transformer is not saturated, even if a gap is not formed in the core.

Description

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

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

【従来の技術】スイッチング電源回路として、例えばフ
ライバックコンバータやフォワードコンバータなどの形
式のスイッチングコンバータを採用したものが広く知ら
れている。これらのスイッチングコンバータはスイッチ
ング動作波形が矩形波状であることから、スイッチング
ノイズの抑制には限界がある。また、その動作特性上、
電力変換効率の向上にも限界があることがわかってい
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7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. 7 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。そして、スイッチン
グ素子Q1のベースに対しては、駆動巻線NB−共振コン
デンサCB−ベース電流制限抵抗RB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。
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−ベース電流制限抵抗RBを介してベース
に流れる起動電流によって起動される。
[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. A self-excited oscillation drive circuit including a drive winding NB, a resonance capacitor CB, and a base current limiting resistor RB 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.
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 and the base current limiting resistor RB.

【0006】直交型制御トランスPRTは、上記駆動巻
線NBと電流検出巻線NDの巻装方向に対してその巻装方
向が直交するようにして制御巻線Ncが巻装されて構成
され、後述するようにして一次側電圧共振形コンバータ
のスイッチング周波数を制御するために設けられる。
The orthogonal control transformer PRT is configured by winding a control winding Nc so that the winding direction of the drive winding NB and the current detection winding ND is orthogonal to the winding direction. It is provided for controlling the switching frequency of the primary side voltage resonance type converter as described later.

【0007】絶縁コンバータトランスPITは、一次側
に得られた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の構造としては、例えば図8に示さ
れるよにうに、フェライトのE型コアCR1,CR2か
ら成るEE型コアを備える。そして、図示するようにし
て、分割ボビンBを利用して、ともにリッツ線である一
次巻線N1と二次巻線N2とをそれぞれ分割された領域に
対して巻装する。ここで、一次巻線N1と二次巻線N2と
については、ともに同じ巻方向により巻回される。そし
て、EE型コアの中央磁脚に対しては図のようにギャッ
プGを形成するようにしている。このギャップGのギャ
ップ長によって絶縁コンバータトランスPITにおける
漏洩インダクタンスが決定され、また、所要の結合係数
による疎結合が得られるようになっている。ここでの結
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。このギャップGは、E型コアC
R1,CR2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でき、この場合のギャップ長と
しては、1mm程度とされる。
[0007] 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. As the structure of the insulating converter transformer PIT, for example, as shown in FIG. 8, an EE-type core including ferrite E-type cores CR1 and CR2 is provided. Then, as shown in the figure, using the divided bobbin B, the primary winding N1 and the secondary winding N2, both of which are litz wires, are wound around the divided regions. Here, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are both wound in the same winding direction. A gap G is formed in the center magnetic leg of the EE type core as shown in the figure. The leakage inductance in the insulating converter transformer PIT is determined by the gap length of the gap G, and loose coupling by a required coupling coefficient can be obtained. Here, as the coupling coefficient k, for example, a loose coupling state of k ≒ 0.85 is obtained, and accordingly, a saturated state is hardly obtained. This gap G is an E-shaped core C
The center magnetic legs of R1 and CR2 can be formed by making them shorter than the two outer magnetic legs. In this case, the gap length is about 1 mm.

【0008】ところで、絶縁コンバータトランスPIT
における動作として、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の接続関係によって、
一次巻線N1のインダクタンスL1と二次巻線N2のイン
ダクタンスL2との相互インダクタンスMについて、+
Mの動作モード(加極性モード:フォワード動作)とな
る場合と−Mの動作モード(減極性モード:フライバッ
ク動作)となる場合とがある。例えば、一次巻線N1と
二次巻線N2の極性(巻方向)が同じであるとして、図
9(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9(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。
By the way, the insulation converter transformer PIT
In the operation in, depending on the polarity (winding direction) of the primary winding N1 and the secondary winding N2 and the connection relationship of the rectifier diode DO,
Regarding the mutual inductance M between the inductance L1 of the primary winding N1 and the inductance L2 of the secondary winding N2, +
There is a case where the operation mode is M (addition polarity mode: forward operation) and a case where the operation mode is -M (depolarization mode: flyback operation). For example, assuming that the polarity (winding direction) of the primary winding N1 and the secondary winding N2 are the same, the mutual inductance is + M when the circuit is equivalent to the circuit shown in FIG. Mutual inductance is -M when equivalent to the circuit shown.

【0009】上述した構造を有する絶縁コンバータトラ
ンスPITの一次巻線N1の巻始め端部は、スイッチン
グ素子Q1のコレクタと接続されて、巻終わり端部は、
電流検出巻線NDを介して整流平滑電圧Eiのラインと
接続される。また、二次巻線N2の巻始め端部は二次側
アースに対して接続され、巻終わり端部は整流ダイオー
ドDOを介して平滑コンデンサCOの正極端子に対して接
続される。このような接続形態では、絶縁コンバータト
ランスPITの一次巻線N1と二次巻線N2とについて加
極性による接続が行われていることになり、これは、図
9(a)に示した等価回路に対応している。
The winding start end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT having the above-mentioned structure is connected to the collector of the switching element Q1, and the winding end is
It is connected to the line of the rectified smoothed voltage Ei via the current detection winding ND. The winding start end of the secondary winding N2 is connected to the secondary side ground, and the winding end is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor CO via the rectifier diode DO. In such a connection form, the primary winding N1 and the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT are connected by additional polarity, which is equivalent to the equivalent circuit shown in FIG. It corresponds to.

【0010】スイッチング素子Q1のスイッチング出力
は、上記した構造の絶縁コンバータトランスPITの一
次巻線N1に伝送され、更に二次巻線N2に対して励起さ
れるようにして伝達されることになる。
The switching output of the switching element Q1 is transmitted to the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT having the above-described structure, and further transmitted to the secondary winding N2 so as to be excited.

【0011】この場合、絶縁コンバータトランスPIT
の二次側においては、図示するように二次巻線N2に対
して並列に二次側並列共振コンデンサC2が接続される
ことで、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2と
共に二次側並列共振回路を形成する。また、更に、二次
巻線N2の巻終わり端部に対しては、二次側直列共振コ
ンデンサCsが直列に接続されることで、この二次巻線
N2のリーケージインダクタンスL2と二次側直列共振コ
ンデンサCsのキャパシタンスとによっては、二次側直
列共振回路が形成されることになる。つまり、この図に
示す電源回路では、二次側において、二次側並列共振回
路と二次側直列共振回路とが複合的に組み合わされた構
成を採っているものである。なお、本明細書において
は、このような二次側の構成について、「二次側複合共
振回路」ともいうことにする。
In this case, the insulation converter transformer PIT
On the secondary side, a secondary parallel resonance capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2 as shown in the figure, so that the secondary parallel resonance capacitor C2 is connected together with the leakage inductance L2 of the secondary winding N2. Form a circuit. Furthermore, a secondary-side series resonance capacitor Cs is connected in series to the winding end end of the secondary winding N2, so that the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 and the secondary-side series resonance capacitor Cs are connected. Depending on the capacitance of the resonance capacitor Cs, a secondary-side series resonance circuit is formed. That is, the power supply circuit shown in this figure employs a configuration in which the secondary side parallel resonance circuit and the secondary side series resonance circuit are combined and combined on the secondary side. In this specification, such a configuration on the secondary side is also referred to as a “secondary-side composite resonance circuit”.

【0012】そして、この場合には、上記二次側並列共
振回路に対して、図示するようにブリッジ整流回路DBR
と平滑コンデンサCOからなる整流平滑回路が接続され
ることで、平滑コンデンサCOの両端に二次側直流出力
電圧EOを得るようにされている。
In this case, a bridge rectifier circuit DBR is connected to the secondary side parallel resonant circuit as shown in FIG.
And a rectifying / smoothing circuit including a smoothing capacitor Co, so that a secondary-side DC output voltage EO is obtained at both ends of the smoothing capacitor CO.

【0013】ここで、上記したような二次側複合共振回
路としての発明は、先に特願平11−331027とし
て本出願によって出願されている。例えば二次側並列共
振回路のみとした場合には、二次巻線N2 のリーケージ
インダクタンス成分L2 と整流ダイオードの接合静電容
量の作用によって、二次側の整流ダイオードがターンオ
ンする際に、その整流電流に高周波のリンギング電流
(振動電流)が重畳され、これが電源ノイズ(EMI;
Electromagnetic Interference)として輻射されること
になる。また、二次側直列共振回路のみとした場合に
は、上記のような二次側整流電流のリンギングの発生は
生じないのであるが、負荷電力が例えば50W〜120
Wの範囲という中間負荷状態となる領域において、スイ
ッチング素子Q1がいわゆるZVS(Zero Voltage Swit
ching)動作から外れるという異常動作が発生し、電力
損失の低下を招く。そこで、二次側並列共振回路と二次
側直列共振回路とを組み合わせて二次側複合共振回路を
形成すれば、二次側整流電流のリンギングの発生の解消
と、安定したZVSとの両者を実現することができるも
のである。
Here, the invention as the secondary-side composite resonance circuit as described above has been previously filed by the present application as Japanese Patent Application No. 11-331027. For example, when only the secondary parallel resonance circuit is used, the leakage inductance component L2 of the secondary winding N2 and the junction capacitance of the rectifier diode act to turn on the rectifier diode when the secondary rectifier diode is turned on. A high-frequency ringing current (oscillating current) is superimposed on the current, and this is the power supply noise (EMI;
It will be radiated as Electromagnetic Interference. When only the secondary-side series resonance circuit is used, ringing of the secondary-side rectified current does not occur, but the load power is, for example, 50 W to 120 W.
In a region where the load is intermediate, that is, the range of W, the switching element Q1 is connected to a so-called ZVS (Zero Voltage Switch).
An abnormal operation that deviates from the (ching) operation occurs, resulting in a reduction in power loss. Therefore, if a secondary-side composite resonance circuit is formed by combining the secondary-side parallel resonance circuit and the secondary-side series resonance circuit, it is possible to eliminate both ringing of the secondary-side rectified current and stable ZVS. It can be realized.

【0014】また、このような電源回路をその全体の構
成として見た場合には、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
側には二次側複合共振回路が備えられていることにな
る。そこで、本明細書では、このような電源回路のスイ
ッチングコンバータについては、一次側と二次側とで複
合的に共振回路が備えられているという意味で、「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。
この
When such a power supply circuit is viewed as an entire configuration, a parallel resonance circuit is provided on the primary side to make the switching operation a voltage resonance type, and a secondary resonance circuit is provided on the secondary side. This means that a side composite resonance circuit is provided. Therefore, in the present specification, such a switching converter of a power supply circuit is also referred to as a “composite resonance type switching converter” in the sense that a resonance circuit is provided on the primary side and the secondary side in a complex manner. To
this

【0015】制御回路1は、二次側直流出力電圧EOの
レベルに応じて可変の直流電流を、制御電流として、直
交型制御トランスPRTの制御巻線Ncに流すようにさ
れる。このようにして、制御巻線Ncに流れる制御電流
レベルが可変されることで、直交型制御トランスPRT
においては、駆動巻線NBのインダクタンスLBを可変す
るように制御することになる。これによって、自励発振
駆動回路における駆動巻線NB−共振コンデンサCBから
成る共振回路の共振周波数が変化し、スイッチング素子
Q1のスイッチング周波数が可変制御されることにな
る。このようにしてスイッチング素子Q1のスイッチン
グ周波数が可変されることで、二次側直流出力電圧EO
が一定となるように制御される。つまり、電源の安定化
が図られる。
The control circuit 1 allows a variable DC current to flow through the control winding Nc of the orthogonal control transformer PRT as a control current in accordance with the level of the secondary DC output voltage EO. In this manner, the level of the control current flowing through the control winding Nc is varied, so that the orthogonal control transformer PRT is used.
In, the control is performed so that the inductance LB of the drive winding NB is variable. As a result, the resonance frequency of the resonance circuit including the drive winding NB and the resonance capacitor CB in the self-excited oscillation drive circuit changes, and the switching frequency of the switching element Q1 is variably controlled. By changing the switching frequency of the switching element Q1 in this manner, the secondary side DC output voltage EO
Is controlled to be constant. That is, the power supply is stabilized.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図7に
示した電源回路においては、図8の絶縁コンバータトラ
ンスPITの構造によっても示したように、一次巻線N
1と二次巻線N2との巻線方向が同一である。従って、一
次巻線N1に流れる一次巻線電流I1によって、一次巻線
N1には起磁力が生じ、同様にして、二次巻線N2に流れ
る二次巻線電流I2によっては二次巻線N2に対して起磁
力が生じる。これによって、図8に示すようにして一次
側には一次磁束φ1が発生し、二次側には二次磁束φ2
が発生する。ここで、前述もしたように、図7の回路に
おける一次巻線N1と二次巻線N2とは、加極性で接続さ
れていることから、上記した一次磁束φ1と二次磁束φ
2とは互いに加え合う動作となり、従って、絶縁コンバ
ータトランスPITの中央磁脚には、φ1+φ2で表さ
れる磁束が発生することになる。
In the power supply circuit shown in FIG. 7, as shown by the structure of the insulated converter transformer PIT in FIG. 8, the primary winding N
The winding directions of 1 and the secondary winding N2 are the same. Therefore, the primary winding current I1 flowing through the primary winding N1 generates a magnetomotive force in the primary winding N1, and similarly, the secondary winding N2 depends on the secondary winding current I2 flowing through the secondary winding N2. Generates a magnetomotive force. As a result, a primary magnetic flux φ1 is generated on the primary side and a secondary magnetic flux φ2 is generated on the secondary side as shown in FIG.
Occurs. Here, as described above, since the primary winding N1 and the secondary winding N2 in the circuit of FIG. 7 are connected with additional polarity, the above-described primary magnetic flux φ1 and secondary magnetic flux φ
2 are operations to be added to each other, so that a magnetic flux represented by φ1 + φ2 is generated in the center magnetic leg of the insulating converter transformer PIT.

【0017】即ち、一次巻線N1と二次巻線N2とが同じ
巻方向で、かつ、加極性接続であることによって、中央
磁脚には、一次磁束φ1と二次磁束φ2が加わり合った
比較的大きな磁束が発生することになる。ここで、仮に
絶縁コンバータトランスPITのコアの中央磁脚にギャ
ップが形成されていない(ギャップ長=0)とすると、
例えば負荷電力Po=100W程度以上の条件では、フ
ェライトコアのいわゆる磁化曲線の飽和領域に入ること
になる。なお、本明細書において、「飽和」といった場
合は、このような磁化曲線の飽和領域に入る状態のこと
を指す。これによって、コアのインダクタンスが急激に
低下して、BJTのスイッチング素子Q1が破壊する可
能性が高くなる。そこで、絶縁コンバータトランスPI
Tとしては、図8にも示したようにしてギャップ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
られるようにしており、これによって飽和が生じないよ
うにしている。
That is, since the primary winding N1 and the secondary winding N2 are in the same winding direction and are connected in a polarized manner, the primary magnetic flux φ1 and the secondary magnetic flux φ2 are applied to the center magnetic leg. A relatively large magnetic flux will be generated. Here, assuming that no gap is formed in the center magnetic leg of the core of the insulating converter transformer PIT (gap length = 0),
For example, when the load power Po is about 100 W or more, the ferrite core enters a saturation region of a so-called magnetization curve. In this specification, “saturation” refers to a state in which the magnetization curve enters a saturation region. As a result, the inductance of the core is sharply reduced, and the possibility that the switching element Q1 of the BJT is broken is increased. Therefore, the insulation converter transformer PI
As for T, the gap G is formed as shown in FIG. 8 so that a loose coupling state with a required coupling coefficient can be obtained, thereby preventing saturation.

【0018】そして、図7に示す構成の電源回路の場合
において上記した現象を回避してレギュレーション範囲
を満足するためには、絶縁コンバータトランスPITに
形成するギャップGのギャップ長としては、1mm±
0.1mmの精度で管理を行うことが必要とされてい
る。上記したギャップ長の精度を満足するには、E型コ
アCR1,CR2としては、各々の中央磁脚の端部を研
磨して0.5mm±0.05mmという精度で製造管理
を行う必要が生じてくる。従って、E型コアの中央磁脚
を高精度で研磨する工程を要するために製造時間が長く
なり、また、同一のE型コアのギャップ長が異なる絶縁
コンバータトランスの製造を実施する場合に対応して製
品管理を行うのも困難となる。つまり、ギャップを形成
する必要のあることで、製造上の能率の低下を招いてい
る。
In order to avoid the above-mentioned phenomenon and satisfy the regulation range in the case of the power supply circuit having the configuration shown in FIG. 7, the gap length of the gap G formed in the insulating converter transformer PIT should be 1 mm ±
It is necessary to perform management with an accuracy of 0.1 mm. In order to satisfy the gap length accuracy described above, the E-type cores CR1 and CR2 need to be manufactured and polished at the end of each central magnetic leg and controlled with an accuracy of 0.5 mm ± 0.05 mm. Come. Therefore, the process for polishing the center magnetic leg of the E-shaped core with high precision is required, so that the manufacturing time becomes longer. In addition, it corresponds to the case where the same E-shaped core is manufactured with a different gap length from the insulated converter transformer. It is also difficult to manage products. In other words, the necessity of forming a gap causes a reduction in manufacturing efficiency.

【0019】また、絶縁コンバータトランスPITにギ
ャップGを形成した場合、このギャップGの近傍にはフ
リンジ磁束といわれる漏洩磁束が発生するために、リッ
ツ線である一次巻線N1と二次巻線N2において渦電流損
失が発生して局部的な発熱が生じる。この発熱は、温度
が低い巻線に伝導して、巻線自体の温度を高くすること
になる。これによって、いわゆる銅損といわれる電力損
失が増加して、電力変換効率が低下してしまうことが分
かっている。特に、図7に示す回路では、一次巻線N1
に流れる一次巻線電流I1と、二次巻線N2に流れる二次
巻線電流I2に流れる高周波電流量が多いことから、一
次巻線電流I1と二次巻線N2における、リッツ線として
の直流抵抗と上記した渦電流損失による発熱は顕著とな
るものである。
When a gap G is formed in the insulating converter transformer PIT, a leakage flux called fringe flux is generated in the vicinity of the gap G, so that a litz wire primary winding N1 and a secondary winding N2 are formed. In this case, eddy current loss occurs and local heat generation occurs. This heat is conducted to the winding having a lower temperature, thereby increasing the temperature of the winding itself. As a result, it has been found that power loss called copper loss increases and power conversion efficiency decreases. In particular, in the circuit shown in FIG.
Since the amount of high-frequency current flowing through the primary winding current I1 flowing through the secondary winding N2 and the amount of high-frequency current flowing through the secondary winding current I2 flowing through the secondary winding N2 is large, the DC current as a litz wire in the primary winding current I1 and the secondary winding N2 is large. Heat generation due to the resistance and the eddy current loss described above is remarkable.

【0020】更に、図7に示す回路では、重負荷の条件
において交流入力電圧VACのレベルがAC100系で7
5V〜85V程度にまで低くなったような場合に、一次
側スイッチング素子Q1の動作としてZVS(Zero Volta
ge Switching)動作とならない異常動作の期間が生じる
ことも問題となる。このような現象が持続すると、スイ
ッチング素子Q1が発熱して短時間で破壊するおそれが
ある。
Further, in the circuit shown in FIG. 7, the level of the AC input voltage VAC is 7
When the voltage drops to about 5V to 85V, the operation of the primary-side switching element Q1 is set to ZVS (Zero Volta).
There is also a problem that a period of abnormal operation that does not result in ge switching) operation occurs. If such a phenomenon continues, the switching element Q1 may generate heat and be destroyed in a short time.

【0021】[0021]

【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。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
二次側とで疎結合とされる所要の結合係数が得られる構
造を有し、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、二次側に対しては、上記絶縁コンバータトラ
ンスの二次巻線に対して二次側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の二次巻線に対して二次側
直列共振コンデンサを直列に接続することで形成される
二次側直列共振回路とが組み合わされて成る二次側複合
共振回路を備える。また、二次側複合共振回路を備えて
形成され、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に得
られる交番電圧を入力して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、二次側直流出力電圧のレベルに応じて、上記ス
イッチング素子のスイッチング周波数を可変制御するこ
とで定電圧制御を行うようにされる定電圧制御手段とを
備える。そして、絶縁コンバータトランスは、ギャップ
が形成されていないコアを備えると共に、一次巻線と二
次巻線は互いに逆となる巻方向によって上記コアに対し
て巻回され、一次巻線と二次巻線とについては加極性接
続することとした。
In view of the above-mentioned problems, the present invention is configured as a switching power supply circuit as follows. A switching unit formed with a switching element for switching and outputting an input DC input voltage; and a primary side parallel resonance circuit having an operation of the switching unit as a voltage resonance type. And a structure in which a required coupling coefficient that is loosely coupled between the primary side and the secondary side is obtained, and the output of the switching means obtained on the primary side is transmitted to the secondary side. An insulating converter transformer. Further, for the secondary side, a secondary side parallel resonance circuit formed by connecting a secondary side parallel resonance capacitor in parallel to the secondary winding of the insulating converter transformer,
A secondary composite resonance circuit is provided which is combined with a secondary series resonance circuit formed by connecting a secondary series resonance capacitor in series to a secondary winding of the insulating converter transformer. The secondary converter is formed with a secondary composite resonance circuit, and is configured to obtain a secondary DC output voltage by inputting an alternating voltage obtained in a secondary winding of the insulating converter transformer and performing a rectification operation. DC output voltage generating means, and constant voltage control means for performing constant voltage control by variably controlling the switching frequency of the switching element according to the level of the secondary DC output voltage. The insulating converter transformer has a core in which no gap is formed, and the primary winding and the secondary winding are wound around the core in opposite winding directions, and the primary winding and the secondary winding are wound. Polarity connection was made to the wire.

【0022】上記構成によれば、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、二次側並列共振コンデ
ンサ及び二次側直列共振コンデンサとにより形成される
二次側複合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。また、定
電圧制御としては、一次側電圧共振形コンバータのスイ
ッチング周波数を可変することで行うようにされる。こ
の構成を基として、絶縁コンバータトランスについては
一次巻線と二次巻線を互いに逆となる巻方向によって巻
装したうえで、一次巻線と二次巻線とについては加極性
接続をする。これにより、一次巻線と二次巻線とに得ら
れる磁束は打ち消し合うように作用するので、コアに生
じる磁束は小さなものとすることができ、それだけ飽和
状態となるのを抑制することができる。このために、本
発明のスイッチング電源回路における絶縁コンバータト
ランスのコアに対しては、飽和を抑制する目的のギャッ
プは施されないものである。
According to the above configuration, the primary side includes the primary side parallel resonance circuit for forming the voltage resonance type converter, and the secondary side includes the secondary winding, the secondary side parallel resonance capacitor, and the secondary side parallel resonance circuit. A so-called composite resonance type switching converter including a secondary side composite resonance circuit formed by the side series resonance capacitor is obtained. Further, the constant voltage control is performed by changing the switching frequency of the primary-side voltage resonance type converter. Based on this configuration, for the insulated converter transformer, the primary winding and the secondary winding are wound in mutually opposite winding directions, and then the primary winding and the secondary winding are connected in polarities. As a result, the magnetic fluxes obtained in the primary winding and the secondary winding act so as to cancel each other out, so that the magnetic flux generated in the core can be small and the saturation state can be suppressed accordingly. . For this reason, no gap is provided for the purpose of suppressing saturation in the core of the insulating converter transformer in the switching power supply circuit of the present invention.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施の形
態としてのスイッチング電源回路の構成例を示してい
る。この図1に示す電源回路は、一次側に電圧共振形コ
ンバータを備えると共に、二次側には二次側複合共振回
路を備えた複合共振形スイッチングコンバータとしての
構成を採る。
FIG. 1 shows a configuration example of a switching power supply circuit according to a first embodiment of the present invention. The power supply circuit shown in FIG. 1 employs a configuration as a composite resonance type switching converter including a voltage resonance type converter on the primary side and a secondary side composite resonance circuit on the secondary side.

【0024】この図に示す電源回路においては、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の等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。
In the power supply circuit shown in this figure, a bridge rectification circuit Di is used as a rectification smoothing circuit for receiving a commercial AC power supply (AC input voltage VAC) and obtaining a DC input voltage.
And a full-wave rectifier circuit including a smoothing capacitor Ci, and generates a rectified smoothed voltage Ei corresponding to a level equal to one-half of the AC input voltage VAC.

【0025】この電源回路に備えられる電圧共振形のス
イッチングコンバータは、1石のスイッチング素子Q1
を備えた自励式の構成を採っている。この場合、スイッ
チング素子Q1には、高耐圧のバイポーラトランジスタ
(BJT;接合型トランジスタ)が採用されている。
The voltage resonance type switching converter provided in the power supply circuit has a single switching element Q1.
It has a self-excited configuration with In this case, a high withstand voltage bipolar transistor (BJT; junction transistor) is employed as the switching element Q1.

【0026】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のベースは、ベース電流制限抵抗RB−起動抵抗R
Sを介して平滑コンデンサCi(整流平滑電圧Ei)の
正極側にも接続されており、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。
Between the base of the switching element Q1 and the ground on the primary side, 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. The base of the switching element Q1 is a base current limiting resistor RB−a starting resistor R
It is also connected to the positive side of the smoothing capacitor Ci (rectified and smoothed voltage Ei) via S, so that the base current at the time of startup is obtained from the rectified and smoothed line.

【0027】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 switching element Q1 is connected to a clamp diode DD inserted between the base of the switching element Q1 and the negative electrode (primary ground) of the smoothing capacitor Ci.
A path of a clamp current flowing when the power supply is off is formed. The collector of the switching element Q1 is connected to one end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT, and the emitter is grounded.

【0028】また、上記スイッチング素子Q1のコレク
タ−エミッタ間に対しては、並列共振コンデンサCrが
並列に接続されている。この並列共振コンデンサCr
は、自身のキャパシタンスと、後述する絶縁コンバータ
トランスPITの一次巻線N1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。そして、ここでは詳しい説明を省
略するが、スイッチング素子Q1のオフ時には、この並
列共振回路の作用によって並列共振コンデンサCrの両
端電圧VQ1は、実際には正弦波状のパルス波形となって
電圧共振形の動作が得られるようになっている。
A parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel between the collector and the emitter of the switching element Q1. This parallel resonance capacitor Cr
Forms a primary parallel resonance circuit of the voltage resonance type converter by its own capacitance and a leakage inductance L1 on the primary winding N1 side of the insulating converter transformer PIT described later. Although the detailed description is omitted here, when the switching element Q1 is turned off, the voltage VQ1 across the parallel resonance capacitor Cr actually becomes a sinusoidal pulse waveform due to the action of the parallel resonance circuit due to the action of the parallel resonance circuit. Operation is obtained.

【0029】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、同じ巻装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.

【0030】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。
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.

【0031】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。なお、本実施の形態としては、絶縁コンバータトラ
ンスPITの構造に特徴を有するが、これについては後
述する。
The insulation converter transformer PIT transmits the switching output of the switching element Q1 to the secondary side. The present embodiment is characterized by the structure of the insulation converter transformer PIT, which will be described later.

【0032】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、スイッチング素子Q1のコレ
クタと接続され、巻始め端部は共振電流検出巻線NDの
直列接続を介して平滑コンデンサCiの正極(整流平滑
電圧Ei)と接続されている。
The winding end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the collector of the switching element Q1, and the winding start is connected to the resonance current detecting winding ND in series with the smoothing capacitor Ci. It is connected to the positive electrode (rectified smoothed voltage Ei).

【0033】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 が並列に接続されていると
共に、二次巻線N2 の一端(巻始め端部)に対しては二
次側直列共振コンデンサCsが直列に接続されている。
即ち、二次側においては、二次側並列共振コンデンサC
2 のキャパシタンスと二次巻線N2 の漏洩インダクタン
スL2 とにより二次側並列共振回路(電圧共振回路)が
形成されると共に、二次側直列共振コンデンサCsのキ
ャパシタンスと二次巻線N2 の漏洩インダクタンスL2
とにより二次側直列共振回路(電流共振回路)が形成さ
れることになる。つまり、二次側では、二次巻線N2 を
共通にインダクタンスとして備える電圧共振回路と電流
共振回路とが複合的に組み合わされた構成を採るもので
ある。つまり、二次側においては二次側並列共振回路で
ある電圧共振回路と、二次側直列共振回路である電流共
振回路とを複合的に組み合わせた、「二次側複合共振回
路」が備えられるものである。
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, a secondary-side parallel resonance capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2, and a secondary-side series resonance capacitor C2 is connected to one end (winding start end) of the secondary winding N2. The resonance capacitor Cs is connected in series.
That is, on the secondary side, the secondary side parallel resonance capacitor C
2 and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 form a secondary parallel resonance circuit (voltage resonance circuit), the capacitance of the secondary series resonance capacitor Cs and the leakage inductance of the secondary winding N2. L2
Thus, a secondary series resonance circuit (current resonance circuit) is formed. In other words, the secondary side employs a configuration in which a voltage resonance circuit and a current resonance circuit having the secondary winding N2 in common as an inductance are combined in a complex manner. In other words, on the secondary side, there is provided a “secondary-side composite resonance circuit” that is a combination of a voltage resonance circuit that is a secondary-side parallel resonance circuit and a current resonance circuit that is a secondary-side series resonance circuit. Things.

【0034】また、このような構成を電源回路全体とし
てみれば、一次側にはスイッチング動作を電圧共振形と
するための一次側並列共振回路が備えられ、二次側には
二次側複合共振回路が備えられた、「複合共振形スイッ
チングコンバータ」としての構成を有しているものであ
る。
When such a configuration is considered as a whole power supply circuit, a primary side parallel resonance circuit is provided on the primary side to make the switching operation a voltage resonance type, and a secondary side composite resonance circuit is provided on the secondary side. The circuit has a configuration as a “composite resonance type switching converter” provided with a circuit.

【0035】そして、この電源回路の場合には、上記よ
うにして形成される二次側に対して図示するようにし
て、ブリッジ整流回路DBR及び平滑コンデンサCOから
なる整流回路が備えられる。ここで、ブリッジ整流回路
DBRの正極入力端子は、二次側直列共振コンデンサCs
を介して二次巻線N2の巻始め端部と接続されている。
ブリッジ整流回路DBRは、[二次巻線N2、二次側並列
共振コンデンサ、二次側直列共振コンデンサ]から成る
複合共振回路の共振出力を入力して整流を行って平滑コ
ンデンサCOに対して充電を行うことで、平滑コンデン
サCOの両端電圧としての二次側直流出力電圧EOを得る
ようにしている。なお、この直流出力電圧EOは制御回
路1に対しても分岐して入力される。
In the case of this power supply circuit, a rectification circuit including a bridge rectification circuit DBR and a smoothing capacitor CO is provided for the secondary side formed as described above, as shown in the figure. Here, the positive input terminal of the bridge rectifier circuit DBR is connected to the secondary side series resonance capacitor Cs.
Is connected to the winding start end of the secondary winding N2.
The bridge rectifier circuit DBR inputs the resonance output of the composite resonance circuit composed of [secondary winding N2, secondary-side parallel resonance capacitor, and secondary-side series resonance capacitor], performs rectification, and charges the smoothing capacitor CO. Is performed to obtain the secondary-side DC output voltage EO as the voltage across the smoothing capacitor CO. The DC output voltage EO is also branched and input to the control circuit 1.

【0036】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り、この動作によって二次側の
直流出力電圧を安定化する。
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, so that the control current is 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 changes the switching frequency of the switching element Q1, thereby stabilizing the DC output voltage on the secondary side.

【0037】図2は、上記図1に示す電源回路に備えら
れる絶縁コンバータトランスPITの構造を示してい
る。絶縁コンバータトランスPITは、図示するよう
に、2つのE型コアCR1,CR2によりEE型コアを
構成する。そして、このEE型コアに対して分割ボビン
Bを備え、図示するようにして、例えば分割ボビンBの
E型コアCR1側の巻装領域に対して一次巻線N1を巻
装し、E型コアCR2側の巻装領域に対して二次巻線N
2を巻装する。そして、本実施の形態の場合、一次巻線
N1と二次巻線N2の巻回方向としては、図中におけるコ
アの左右外側の矢印により示すようにして、互いの巻線
方向が逆となる、いわゆる逆転巻き構造となっている。
また、本実施の形態の場合には、E型コアCR1,CR
2の各中央磁脚の対向部位においてはギャップは形成さ
れていない。
FIG. 2 shows the structure of the insulating converter transformer PIT provided in the power supply circuit shown in FIG. As shown in the figure, the insulating converter transformer PIT forms an EE-type core with two E-type cores CR1 and CR2. The EE-type core is provided with a divided bobbin B. As shown in the drawing, for example, a primary winding N1 is wound around a winding region of the divided bobbin B on the E-type core CR1 side, and the E-type core is wound. The secondary winding N for the winding area on the CR2 side
Wrap 2 In the case of the present embodiment, the winding directions of the primary winding N1 and the secondary winding N2 are opposite to each other as shown by arrows on the left and right sides of the core in the drawing. , A so-called reverse winding structure.
Further, in the case of the present embodiment, E-type cores CR1, CR
No gap is formed at the opposing portion of each of the center magnetic legs.

【0038】ここで再度、図1を参照して、絶縁コンバ
ータトランスPITの一次巻線N1と二次巻線N2の接続
について説明する。図1に示されるように、例えば一次
巻線N1の巻始め端部と巻終わり端部の接続は、先行技
術として図7に示した回路の場合と逆となる。つまり、
図1に示す回路では、一次巻線N1の巻始め端部は、電
流検出巻線NDを介して平滑コンデンサCiの正極端子
に対して接続され、巻終わり端部がスイッチング素子Q
1のコレクタに対して接続されるものである。また、二
次巻線N2としては、その巻終わり端部が整流ダイオー
ドDOを介して平滑コンデンサCOの正極端子と接続さ
れ、巻始め端部が二次側アースと接続されるようになっ
ている。つまり、図1に示す電源回路としては、上記図
2に示したようにして一次巻線N1と二次巻線N2とが逆
転巻き構造とされる絶縁コンバータトランスPITを備
える場合であっても、図9(a)の等価回路に示される
加極性となるように一次巻線N1と二次巻線N2とを接続
しているものである。
Referring again to FIG. 1, the connection between the primary winding N1 and the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT will be described. As shown in FIG. 1, for example, the connection between the winding start end and the winding end end of the primary winding N1 is opposite to that of the circuit shown in FIG. 7 as the prior art. That is,
In the circuit shown in FIG. 1, the winding start end of the primary winding N1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci via the current detection winding ND, and the winding end is connected to the switching element Q1.
Connected to one collector. In the secondary winding N2, the winding end is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor CO via the rectifier diode DO, and the winding end is connected to the secondary side ground. . That is, even if the power supply circuit shown in FIG. 1 includes the insulating converter transformer PIT in which the primary winding N1 and the secondary winding N2 have a reverse winding structure as shown in FIG. The primary winding N1 and the secondary winding N2 are connected so as to have the additional polarity shown in the equivalent circuit of FIG.

【0039】このような構成によると、一次巻線N1に
流れる一次巻線電流I1によって発生する一次磁束φ1
の極性と、二次巻線N2に流れる二次巻線電流I2によっ
て発生する二次磁束φ2の極性は、図2におけるコア内
に示される矢印のようになる。これは、例えば先行技術
として示した図8の絶縁コンバータトランスPITの場
合に対して、一次磁束φ1の極性が逆とされているもの
である。なお、二次磁束φ2の極性は、図8の絶縁コン
バータトランスPITと同じとなっている。本実施の形
態においては、上記図2に示すような一次磁束φ1と二
次磁束φ2との極性の関係が得られることになるのであ
るが、これにより、一次磁束φ1と二次磁束φ2として
は、両者が打ち消し合うように作用する。即ち、絶縁コ
ンバータトランスPITの中央磁脚において得られる磁
束(Δφ)としては、 |φ1−φ2|=Δφ で表されることになる。これは、上記もしたように、一
次磁束φ1と二次磁束φ2とが打ち消しあっており、例
えば図7の回路の場合のようにして、加わり合うことは
ないことを示している。従って、本実施の形態では、絶
縁コンバータトランスPITの中央磁脚に得られる磁束
としては、これまでよりも弱いものとすることができ
る。そして、この結果、一次側と二次側の結合係数kと
しては、例えばk=0.8〜0.9程度の疎結合の状態
を得ることができる。これにより、本実施の形態の絶縁
コンバータトランスPITとしては、敢えて中央磁脚に
対してギャップを形成しなくとも、コアが飽和しないよ
うにできるものであり、結果的には図2に示したように
して、ギャップを設けないようにされているものであ
る。なお、実際には、例えばギャップ長を0とした中央
磁脚の接合面において、可聴音のいわゆるコア鳴きが生
じる可能性があることから、例えばマイラーフィルムを
中央磁脚の接合面に施すようにして、0.1mm以下の
ギャップ長のギャップを形成しても構わない。
According to such a configuration, the primary magnetic flux φ1 generated by the primary winding current I1 flowing through the primary winding N1.
And the polarity of the secondary magnetic flux φ2 generated by the secondary winding current I2 flowing through the secondary winding N2 are as shown by arrows in the core in FIG. This is, for example, that the polarity of the primary magnetic flux φ1 is reversed with respect to the case of the insulating converter transformer PIT of FIG. 8 shown as the prior art. The polarity of the secondary magnetic flux φ2 is the same as that of the insulating converter transformer PIT in FIG. In the present embodiment, the polarity relationship between the primary magnetic flux φ1 and the secondary magnetic flux φ2 as shown in FIG. 2 is obtained. As a result, the primary magnetic flux φ1 and the secondary magnetic flux φ2 are Act to cancel each other. That is, the magnetic flux (Δφ) obtained at the center magnetic leg of the insulating converter transformer PIT is expressed as | φ1−φ2 | = Δφ. This indicates that, as described above, the primary magnetic flux φ1 and the secondary magnetic flux φ2 cancel each other, and do not add together, for example, as in the case of the circuit of FIG. Therefore, in the present embodiment, the magnetic flux obtained in the center magnetic leg of the insulating converter transformer PIT can be weaker than before. As a result, as the coupling coefficient k between the primary side and the secondary side, a loose coupling state of, for example, k = about 0.8 to 0.9 can be obtained. Thereby, the insulating converter transformer PIT of the present embodiment can prevent the core from being saturated without intentionally forming a gap with respect to the center magnetic leg, and as a result, as shown in FIG. And no gap is provided. In practice, for example, a so-called core squeal of audible sound may occur at the joint surface of the center magnetic leg with the gap length set to 0, so that, for example, a Mylar film is applied to the joint surface of the center magnetic leg. Therefore, a gap having a gap length of 0.1 mm or less may be formed.

【0040】そして、このようにして、絶縁コンバータ
トランスPITを構成することで、中央磁脚に得られる
磁束はこれまでよりも遙かに弱いものとなるために、例
えば図8の場合のようにギャップ周辺に発生するフリン
ジ磁束に依る巻線の温度上昇と、これに伴う電力変換効
率の低下も解消されることになる。
By configuring the insulating converter transformer PIT in this way, the magnetic flux obtained at the center magnetic leg is much weaker than before, and therefore, for example, as shown in FIG. The temperature rise of the winding due to the fringe magnetic flux generated around the gap and the reduction of the power conversion efficiency due to the temperature rise are also eliminated.

【0041】また、本実施の形態の絶縁コンバータトラ
ンスPITとしては、中央磁脚に得られる磁束(Δφ)
が弱いものとなることから、一次巻線N1と二次巻線N2
の漏洩インダクタンスも減少することになる。そして、
これによって、例えば負荷電力Po=200W程度の重
負荷の条件であっても、スイッチング素子Q1としては
安定したZVS動作を実現することが可能になる。
Further, as the insulating converter transformer PIT of the present embodiment, the magnetic flux (Δφ) obtained in the center magnetic leg is used.
Is weak, the primary winding N1 and the secondary winding N2
Will also be reduced. And
As a result, even under a heavy load condition of, for example, a load power Po of about 200 W, the switching element Q1 can realize a stable ZVS operation.

【0042】図3は、上記した構成による図1の電源回
路における要部の動作を示す波形図である。ここでは、
交流入力電圧VAC=100V、負荷電力Po=200W
の条件での動作が示される。図3(a)には、一次側並
列共振コンデンサCrの両端に得られる並列共振電圧V
Q1が示されている。この図に示すように、並列共振電圧
VQ1は、スイッチング素子Q1がオフとなる期間TOFFに
おいて、例えば600Vpのパルスが得られ、オンとな
る期間TONにおいては0レベルとなる波形が得られる。
FIG. 3 is a waveform diagram showing an operation of a main part in the power supply circuit of FIG. 1 having the above-described configuration. here,
AC input voltage VAC = 100V, load power Po = 200W
The operation under the condition of is shown. FIG. 3A shows a parallel resonance voltage V obtained at both ends of a primary-side parallel resonance capacitor Cr.
Q1 is shown. As shown in this figure, a pulse of, for example, 600 Vp is obtained for the parallel resonance voltage VQ1 during the period TOFF when the switching element Q1 is off, and a waveform that becomes 0 level during the period TON when the switching element Q1 is on.

【0043】そして、一次巻線N1の両端に得られる一
次巻線電圧V1は、図3(b)に示すようにして、期間
TOFFに対応して正極性のパルスが得られ、期間TONに
対応しては負極性の領域で、整流平滑電圧Eiの絶対値
レベルでクランプされる波形が得られる。また、同じ一
次巻線N1に流れる一次巻線電流I1としては、図3
(c)に示すような交番波形となるが、例えば正極性の
領域において3.7Apのレベルが得られる。これに対
して図7に示す回路においては、例えば破線により示す
ようにして、4Apという、本実施の形態の場合よりも
高いレベルが得られていたものである。
As shown in FIG. 3B, the primary winding voltage V1 obtained at both ends of the primary winding N1 has a positive polarity pulse corresponding to the period TOFF and corresponds to the period TON. As a result, a waveform which is clamped at the absolute value level of the rectified smoothed voltage Ei is obtained in the negative polarity region. The primary winding current I1 flowing through the same primary winding N1 is shown in FIG.
Although an alternating waveform as shown in (c) is obtained, for example, a level of 3.7 Ap is obtained in a positive polarity region. On the other hand, in the circuit shown in FIG. 7, a level of 4 Ap, which is higher than that in the present embodiment, is obtained as shown by a broken line, for example.

【0044】また、二次巻線N2の両端に得られる二次
巻線電圧V2は、図3(d)に示すようにして、負極性
の領域ではパルス状で、正極性の領域では二次側直流出
力電圧EOのレベルでクランプされる交番波形が得られ
る。また、二次巻線N2に流れる二次巻線電流I2として
は、図3(e)に示すように、負極性の領域では、パル
ス状となって、正極性の領域では、4Apのレベルとな
る交番波形となる。これに対して、図7に示す回路で
は、図において破線で示すように、4.5Apというよ
り高いレベルが得られていた。
As shown in FIG. 3D, the secondary winding voltage V2 obtained at both ends of the secondary winding N2 has a pulse shape in the negative polarity region and the secondary winding voltage V2 in the positive polarity region. An alternating waveform clamped at the level of the side DC output voltage EO is obtained. As shown in FIG. 3 (e), the secondary winding current I2 flowing through the secondary winding N2 has a pulse shape in the negative polarity region, and has a level of 4 Ap in the positive polarity region. It becomes an alternating waveform. On the other hand, in the circuit shown in FIG. 7, a higher level of 4.5 Ap was obtained as shown by the broken line in the figure.

【0045】ここで、上記のようにして一次巻線電流I
1及び二次巻線電流I2について、図7の回路よりも低い
ピークレベルとなるのは、例えば絶縁コンバータトラン
スPITにおける漏洩インダクタンスが小さくなったこ
とに起因する。このようにして、一次巻線電流I1及び
二次巻線電流I2のレベルが低くなって、その電流量が
少なくなることで、一次巻線電流I1と二次巻線電流I2
において、リッツ線の直流抵抗成分と渦電流とによる電
力損失と発熱が低下されるものである。
Here, the primary winding current I
The peak level lower than that of the circuit of FIG. 7 for the primary winding current I2 and the secondary winding current I2 is due to, for example, a reduction in the leakage inductance in the insulated converter transformer PIT. In this way, the levels of the primary winding current I1 and the secondary winding current I2 are reduced, and the current amounts are reduced, so that the primary winding current I1 and the secondary winding current I2 are reduced.
In this case, power loss and heat generation due to the DC resistance component and eddy current of the litz wire are reduced.

【0046】また、図4には、一次側並列共振電圧V1
とスイッチング素子Q1に流れるスイッチング出力電流
IQ1が示されている。このときの条件としては、負荷電
力Po=200Wで、AC100V系の交流入力電圧V
AC=75V〜85V程度の減圧時とされる。図4(a)
(b)の一次側並列共振電圧VQ1とスイッチング出力電
流IQ1は、図1に示した本実施の形態の回路の動作を示
し、図4(c)(d)の一次側並列共振電圧VQ1とスイ
ッチング出力電流IQ1は、図7に示した回路の動作を示
す。図4(c)(d)の波形から分かるように、期間T
ONにおいてスイッチング出力電流IQ1が負極性レベルか
ら正極性レベルに反転するタイミング、即ち、クランプ
ダイオードDDを流れるクランプ電流が終了して、スイ
ッチング素子Q1にコレクタ電流が流れ始めるタイミン
グで、一次側並列共振電圧VQ1とスイッチング出力電流
IQ1について正レベルでパルス的に出現する現象が生じ
ている。つまり、ZVS動作とならない異常動作となっ
ているものである。これに対して、図1に示す回路にお
いては、図4(a)(b)に示すようにして、期間TON
における一次側並列共振電圧VQ1のパルスは消滅してお
り、これと共にスイッチング出力電流IQ1の波形も、パ
ルスが現れない正常なものとなっている。つまり、本実
施の形態では重負荷で低交流入力電圧の条件下であって
も、ZVS動作が正常に行われていることが示されてい
るものである。
FIG. 4 shows the primary side parallel resonance voltage V1.
And a switching output current IQ1 flowing through the switching element Q1. The conditions at this time are as follows: load power Po = 200 W, AC input voltage V
It is assumed that the pressure is reduced at about AC = 75V to 85V. FIG. 4 (a)
The primary side parallel resonance voltage VQ1 and the switching output current IQ1 show the operation of the circuit of the present embodiment shown in FIG. 1, and the primary side parallel resonance voltage VQ1 and the switching state shown in FIG. The output current IQ1 indicates the operation of the circuit shown in FIG. As can be seen from the waveforms of FIGS.
At the timing when the switching output current IQ1 is inverted from the negative polarity level to the positive polarity level when ON, that is, at the timing when the clamp current flowing through the clamp diode DD ends and the collector current starts to flow through the switching element Q1, the primary side parallel resonance voltage A phenomenon occurs in which VQ1 and the switching output current IQ1 appear as pulses at a positive level. In other words, the abnormal operation is not the ZVS operation. On the other hand, in the circuit shown in FIG. 1, as shown in FIGS.
, The pulse of the primary side parallel resonance voltage VQ1 has disappeared, and at the same time, the waveform of the switching output current IQ1 has a normal waveform in which no pulse appears. That is, this embodiment shows that the ZVS operation is performed normally even under the condition of a heavy load and a low AC input voltage.

【0047】ここで、図1に示す電源回路における要部
のスペックについて示しておく。先ず、絶縁コンバータ
トランスPITのギャップ長Gap=0とされる。ま
た、一次巻線N1と二次巻線N2のターン数としては、N
1=50T,N2=43Tとしている。また、一次側並列
共振コンデンサCr=2700pF、二次側並列共振コ
ンデンサC2=8200pF、二次側直列共振コンデン
サCs=0.022μFとなる。また、先に図7に示し
た電源回路においては、絶縁コンバータトランスPIT
としてEE−40のコアを採用し、Gap=1mmとさ
れる。また、一次巻線N1=45T、二次巻線N2=38
T、一次側並列共振コンデンサCr=3300pF、二
次側並列共振コンデンサC2=0.01μF、二次側直
列共振コンデンサCs=0.027μFとなる。
Here, the specifications of the main parts of the power supply circuit shown in FIG. 1 will be described. First, the gap length Gap of the insulating converter transformer PIT is set to zero. The number of turns of the primary winding N1 and the secondary winding N2 is N
1 = 50T and N2 = 43T. Further, the primary-side parallel resonance capacitor Cr = 2700 pF, the secondary-side parallel resonance capacitor C2 = 8200 pF, and the secondary-side series resonance capacitor Cs = 0.022 μF. Further, in the power supply circuit shown in FIG.
EE-40 core is adopted, and Gap = 1 mm. Also, the primary winding N1 = 45T, the secondary winding N2 = 38
T, primary-side parallel resonance capacitor Cr = 3300 pF, secondary-side parallel resonance capacitor C2 = 0.01 μF, and secondary-side series resonance capacitor Cs = 0.027 μF.

【0048】そして、負荷電力Po=200W、VAC=
100Vの条件下での実験結果として、図7に示す回路
は、交流入力電力については222.0W、電力変換効
率は90.1%となった。これに対して、図1に示す回
路では交流入力電力は219.3W、電力変換効率とし
ては91.2%であり、ともに向上が図られている。ま
た、絶縁コンバータトランスPITにおける温度上昇値
としては、図7に示す回路は、一次巻線N1内部にて4
7°C、二次巻線N2内部にて54.5°Cであった。
これに対して、図1に示す回路では、一次巻線N1内部
にて42°C、二次巻線N2内部にて49.0°Cとい
う結果が得られ、それぞれについて5°C程度の大幅な
低下が見られている。
Then, load power Po = 200 W, VAC =
As a result of an experiment under the condition of 100 V, the circuit shown in FIG. 7 has an AC input power of 222.0 W and a power conversion efficiency of 90.1%. In contrast, the circuit shown in FIG. 1 has an AC input power of 219.3 W and a power conversion efficiency of 91.2%, both of which are improved. The circuit shown in FIG. 7 has a temperature rise value of 4 in the primary winding N1.
7 ° C. and 54.5 ° C. inside the secondary winding N2.
On the other hand, in the circuit shown in FIG. 1, a result of 42 ° C. inside the primary winding N1 and 49.0 ° C. inside the secondary winding N2 was obtained, and a large value of about 5 ° C. was obtained for each. Significant decline has been seen.

【0049】図5は、本発明の第2の実施の形態として
のスイッチング電源回路の構成例を示している。なお、
この図において図1と同一部分には同一符号を付して説
明を省略する。
FIG. 5 shows a configuration example of a switching power supply circuit according to a second embodiment of the present invention. In addition,
In this figure, the same parts as those in FIG.

【0050】この図に示す電源回路の一次側電圧共振形
コンバータは、他励式によるシングルエンド方式の構成
を採っている。そして、この場合にはスイッチング素子
Q1として、MOS−FETが採用されている。このM
OS−FETとしてのスイッチング素子Q1のドレイン
は、一次巻線N1の巻終わり端部に対して接続され、ソ
ースは一次側アースに対して接続される。また、並列共
振コンデンサCrは、スイッチング素子Q1のドレイン
−ソース間に対して並列に接続される。また、クランプ
ダイオードDDもまた、スイッチング素子Q1のドレイン
−ソース間に対して並列に接続される。
The primary-side voltage resonance type converter of the power supply circuit shown in FIG. 1 employs a single-ended configuration of a separately excited type. In this case, a MOS-FET is employed as the switching element Q1. This M
The drain of the switching element Q1 as the OS-FET is connected to the winding end of the primary winding N1, and the source is connected to the primary side ground. The parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel between the drain and the source of the switching element Q1. Further, a clamp diode DD is also connected in parallel between the drain and source of the switching element Q1.

【0051】スイッチング駆動部2は、他励式によりス
イッチング素子Q1を駆動し、またスイッチング周波数
制御を行うために設けられているもので、例えば1石の
ICとして構成することができる。このスイッチング駆
動部2は、発振回路3とドライブ回路4から成る。この
スイッチング駆動部2は、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を介して起動用の電
力を得るようにされている。
The switching drive section 2 is provided for driving the switching element Q1 in a separately-excited manner and for controlling the switching frequency, and can be configured as, for example, a single IC. The switching drive unit 2 includes an oscillation circuit 3 and a drive circuit 4. At the time of startup, the switching drive unit 2 is configured to obtain power for startup via the startup resistor Rs from the line of the rectified smoothed voltage Ei.

【0052】発振回路3では、発振信号を生成してドラ
イブ回路4に対して出力する。ドライブ回路4において
は、入力された発振信号をMOS−FETであるスイッ
チング素子Q1を駆動可能な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はスイッチング駆動され
ることになる。また、発振回路3においては、制御回路
1から出力される二次側直流出力電圧EOの誤差検出出
力に応じて、発振信号の周波数を可変するように構成さ
れている。このようにして、その周波数が可変される発
振信号に基づいてスイッチング素子Q1が駆動されるこ
とで、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数が可
変され、これによって、二次側直流出力電圧EOの安定
化が図られることになる。
The oscillation circuit 3 generates an oscillation signal and outputs it to the drive circuit 4. In the drive circuit 4, the input oscillation signal is converted into a drive voltage capable of driving the switching element Q1, which is a MOS-FET,
Output to the gate of switching element Q1. As a result, the switching element Q1 is driven for switching. The oscillation circuit 3 is configured to vary the frequency of the oscillation signal in accordance with the error detection output of the secondary DC output voltage EO output from the control circuit 1. In this way, the switching frequency of the switching element Q1 is varied by driving the switching element Q1 based on the oscillation signal whose frequency is varied, thereby stabilizing the secondary DC output voltage EO. Will be planned.

【0053】また、図5に示す回路の二次側において
は、二次側複合共振回路に対して、図示するような接続
形態によって、2本の整流ダイオードD01,DO2及び平
滑コンデンサCOが接続されることで、倍電圧半波整流
回路を形成している。この倍電圧整流回路は、二次巻線
N2に得られる交番電圧の半周期において、整流ダイオ
ードDO2により整流した電流によって二次側直列共振コ
ンデンサCsに対して充電を行うようにされる。そし
て、次の半周期によって、二次側直列共振コンデンサC
sに得られた電位が加わる状態で整流ダイオードD01が
導通して平滑コンデンサCOに対して充電を行うという
動作を繰り返す。そして、このような動作によって、平
滑コンデンサCOの両端電圧である二次側直流出力電圧
EOとしては、二次巻線N2に得られる交番電圧レベルの
2倍に対応するレベルが得られるものである。従って、
このようにして二次側に倍電圧半波整流回路が備えられ
る場合において、二次側直流出力電圧EOとして、等倍
電圧整流回路により得られるレベルと同等のレベルでよ
いものとすれば、二次巻線N2の巻数を通常の1/2程
度にまで少なくすることができる。このような構成であ
っても、絶縁コンバータトランスPITとしては、図2
に示した構造を有し、また、一次巻線N1と二次巻線N2
の接続を加極性接続としていることで、図1の電源回路
と同様の効果が得られる。
On the secondary side of the circuit shown in FIG. 5, two rectifier diodes D01 and DO2 and a smoothing capacitor CO are connected to the secondary-side composite resonance circuit in a connection form as shown. Thus, a voltage doubler half-wave rectifier circuit is formed. The voltage doubler rectifier circuit charges the secondary side series resonance capacitor Cs by the current rectified by the rectifier diode DO2 in a half cycle of the alternating voltage obtained in the secondary winding N2. Then, in the next half cycle, the secondary-side series resonance capacitor C
The operation in which the rectifier diode D01 conducts while the obtained potential is applied to s to charge the smoothing capacitor CO is repeated. By such an operation, a level corresponding to twice the alternating voltage level obtained in the secondary winding N2 is obtained as the secondary DC output voltage EO which is a voltage across the smoothing capacitor CO. . Therefore,
In the case where the voltage doubler half-wave rectifier circuit is provided on the secondary side in this way, if the secondary side DC output voltage EO can be a level equivalent to the level obtained by the equal-voltage rectifier circuit, The number of turns of the next winding N2 can be reduced to about 1/2 of the normal number. Even with such a configuration, as the isolated converter transformer PIT, FIG.
Having a primary winding N1 and a secondary winding N2.
The effect similar to that of the power supply circuit shown in FIG.

【0054】図6は、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例が示される。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。この図に示す回路において、一次側電圧共
振形コンバータを形成するスイッチング素子Q1として
はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)が採
用されている。IGBTは、高性能のスイッチング特性
を有することで知られている。そして、図5の場合と同
様にスイッチング駆動部2が設けられることで、IGB
Tを他励式により駆動するようにされている。なお、例
えばIGBT以外には、SIT(静電誘導サイリス
タ))等が採用されて構わないものである。
FIG. 6 shows a configuration example of a switching 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. In the circuit shown in this figure, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) is employed as the switching element Q1 forming the primary side voltage resonance type converter. IGBTs are known for having high performance switching characteristics. The switching drive unit 2 is provided as in the case of FIG.
T is driven separately. For example, SIT (static induction thyristor) other than IGBT may be adopted.

【0055】また、この図に示す回路においては、交流
入力電圧VACから整流平滑電圧Eiを得るための回路と
して、2本の整流ダイオードDi1,Di2、及び直列接
続された2本の平滑コンデンサCi1−Ci2を備えるこ
とで、平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両
端に対して、交流入力電圧VACの2倍に対応する整流平
滑電圧Eiを得るようにされている。つまり、倍電圧整
流回路が備えられる。
In the circuit shown in this figure, as a circuit for obtaining a rectified smoothed voltage Ei from the AC input voltage VAC, two rectifier diodes Di1, Di2 and two smoothing capacitors Ci1-- connected in series. With the provision of Ci2, a rectified smoothed voltage Ei corresponding to twice the AC input voltage VAC is obtained at both ends of the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1-Ci2. That is, a voltage doubler rectifier circuit is provided.

【0056】そして二次側においては、図示するように
して、2本の二次側直列共振コンデンサCs1,Cs2が
備えられる。また、4本の整流ダイオードDO1,DO2,
DO3,DO4と、2本の平滑コンデンサCOA−COBの直列
接続回路を備える。そして、これらの素子を図示するよ
うにして接続することで、4倍電圧整流回路が形成され
る。
On the secondary side, two secondary-side series resonance capacitors Cs1 and Cs2 are provided as shown. Also, four rectifying diodes DO1, DO2,
It comprises a series connection circuit of DO3, DO4 and two smoothing capacitors COA-COB. Then, by connecting these elements as shown in the figure, a quadruple voltage rectifier circuit is formed.

【0057】この4倍電圧整流回路は、[二次巻線N
2、二次側直列共振コンデンサCs1、整流ダイオードD
O1,DO2、平滑コンデンサCOA]によって形成される倍
電圧整流回路と、[二次巻線N2、二次側直列共振コン
デンサCs2、整流ダイオードDO3,DO4、及び平滑コ
ンデンサCOB]から成る倍電圧整流回路が直列的に積み
上げられるようにして形成されている。つまり、この4
倍電圧整流回路は、2つの倍電圧整流回路によって平滑
コンデンサCOA,COBの各々の両端において、二次巻線
N2の交番電圧の2倍のレベルに対応する整流平滑電圧
が得られる。よって、平滑コンデンサCOA−COBの直列
接続回路の両端には、二次巻線N2の交番電圧の4倍の
レベルに対応する二次側直流出力電圧EOが得られるこ
とになる。この場合には、二次巻線N2の巻数を通常の
1/4程度にまで少なくすることができることになる。
この第3の実施の形態では、上記のようにして入力側に
倍電圧整流回路を備え、出力側には4倍電圧整流回路を
備えた構成とすることで、例えばより重負荷の条件に対
応可能としているものである。
This quadruple voltage rectifier circuit has a [secondary winding N
2, secondary side series resonance capacitor Cs1, rectifier diode D
O1, DO2, smoothing capacitor COA] and a voltage doubler rectifier circuit composed of [secondary winding N2, secondary side series resonance capacitor Cs2, rectifier diodes DO3, DO4, and smoothing capacitor COB]. Are formed so as to be stacked in series. In other words, this 4
In the voltage doubler rectifier circuit, a rectified smoothed voltage corresponding to twice the level of the alternating voltage of the secondary winding N2 is obtained at both ends of each of the smoothing capacitors COA and COB by the two voltage doubler rectifier circuits. Therefore, a secondary side DC output voltage EO corresponding to a level four times the alternating voltage of the secondary winding N2 is obtained at both ends of the series connection circuit of the smoothing capacitors COA-COB. In this case, the number of turns of the secondary winding N2 can be reduced to about 1/4 of the usual number.
In the third embodiment, the input side is provided with the voltage doubler rectifier circuit as described above, and the output side is provided with the quadruple voltage rectifier circuit. It is something that is possible.

【0058】そして、このような構成にあっても、図2
に示す構造の絶縁コンバータトランスPITが備えら
れ、また、一次巻線N1と二次巻線N2の接続を加極性接
続としていることで、図1及び図5の電源回路と同様の
効果が得られるものである。
Even in such a configuration, FIG.
Is provided, and the connection between the primary winding N1 and the secondary winding N2 is made to be a polar connection, so that the same effects as those of the power supply circuits of FIGS. 1 and 5 can be obtained. Things.

【0059】なお、本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N
C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。また、本発
明の電源回路として、例えば一次側電圧共振形コンバー
タの方式と二次側整流回路の組み合わせなども、各図に
示したもの以外に各種考えられるものである。
In this embodiment, an orthogonal control transformer is used as a control transformer for performing constant voltage control under a configuration having a self-excited resonance converter for the primary side. Instead of the orthogonal control transformer, an oblique control transformer previously proposed by the present applicant can be employed. 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 structure is obtained by combining two sets of double U-shaped cores having four magnetic legs. Form a mold core. Then, the control winding NC and the driving winding NB are wound around the three-dimensional core. At this time, the winding directions of the control winding and the driving winding obliquely intersect. To be. Specifically, the control winding N
C and one of the drive windings NB are wound around two magnetic legs adjacent to each other among the four magnetic legs, and the other winding is wound diagonally. It is assumed that there is a positional relationship 2
It is wound around the magnetic legs of the book. 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. Further, as the power supply circuit of the present invention, for example, various combinations of a primary side voltage resonance type converter and a secondary side rectifier circuit can be considered in addition to those shown in the drawings.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、複合共振
形スイッチングコンバータとしてのスイッチング電源回
路に備えられる絶縁コンバータトランスについて、一次
巻線と二次巻線とについていわゆる逆転巻きとしたうえ
で、一次巻線と二次巻線を加極性接続するようにしてい
る。この構造では、一次磁束と二次磁束は打ち消し合う
ように作用することになるため、本発明としては、絶縁
コンバータトランスのコアに対して飽和を抑制するため
のギャップは施さなくてもよいことになる。上記のよう
にして絶縁コンバータトランスのコアに対してギャップ
を施さなくて済むことで、本発明にあっては、絶縁コン
バータトランスの製造にあたり、ギャップを形成するた
めの工程が省略され、また、製造管理も行いやすくな
る。即ち、絶縁コンバータトランスを備える電源回路の
製造能率が向上されるものである。
As described above, according to the present invention, an insulation converter transformer provided in a switching power supply circuit as a composite resonance type switching converter is provided with a so-called reverse winding for a primary winding and a secondary winding. The primary winding and the secondary winding are connected in polarity. In this structure, the primary magnetic flux and the secondary magnetic flux act so as to cancel each other out.Therefore, according to the present invention, it is not necessary to provide a gap for suppressing saturation in the core of the insulating converter transformer. Become. By eliminating the need for providing a gap to the core of the insulating converter transformer as described above, in the present invention, a step for forming a gap is omitted in the manufacture of the insulating converter transformer, and Management becomes easier. That is, the manufacturing efficiency of the power supply circuit including the insulating converter transformer is improved.

【0061】また、ギャップが施されないことで、この
ギャップ近傍におけるフリンジ磁束の発生も解消され
て、一次巻線及び二次巻線における大幅な発熱の抑制と
電力損失の低減が図られる。また、特に本発明における
絶縁コンバータトランスの構造によっては、一次巻線及
び二次巻線に流れる電流量をこれまでよりも少なくする
ことができるために、これによっても上記した発熱の抑
制と電力損失の低減をより促進することが可能になる。
Further, since no gap is formed, the generation of fringe magnetic flux near this gap is also eliminated, so that significant heat generation and power loss in the primary winding and the secondary winding are achieved. In particular, depending on the structure of the insulated converter transformer of the present invention, the amount of current flowing through the primary winding and the secondary winding can be made smaller than before, which also suppresses the above-described heat generation and power loss. Can be further promoted.

【0062】更に、本発明における絶縁コンバータトラ
ンスPITの構造では、漏洩インダクタンスも減少され
ることから、例えば負荷で低交流入力電圧の条件におい
てもZVS動作が保証され、電源回路としての信頼性が
向上される。
Further, in the structure of the insulated converter transformer PIT according to the present invention, since the leakage inductance is reduced, the ZVS operation is ensured even under the condition of a low AC input voltage at the load, and the reliability as the power supply circuit is improved. Is done.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態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. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本実施の形態のスイッチング電源回路に備えら
れる絶縁コンバータトランスの構造を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of an insulating converter transformer provided in the switching power supply circuit of the present embodiment.

【図3】本実施の形態のスイッチング電源回路における
要部の動作を示す波形図である。
FIG. 3 is a waveform chart showing an operation of a main part in the switching power supply circuit of the present embodiment.

【図4】本実施の形態と先行技術のスイッチング電源回
路とについてのZVS動作を比較するための波形図であ
る。
FIG. 4 is a waveform diagram for comparing ZVS operations of the present embodiment and a switching power supply circuit of the prior art.

【図5】本発明の第2の実施の形態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. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a switching power supply circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施の形態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. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a switching power supply circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図7】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. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit as a prior art.

【図8】図7に示すスイッチング電源回路に備えられる
絶縁コンバータトランスの構造を示す断面図である。
8 is a cross-sectional view showing a structure of an insulating converter transformer provided in the switching power supply circuit shown in FIG.

【図9】絶縁コンバータトランスにおける、相互インダ
クタンスが加極性モードと減極性モードの場合の各動作
を示す等価回路図である。
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram showing each operation of the insulating converter transformer when mutual inductance is in a positive polarity mode and a negative polarity mode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制御回路、2 スイッチング駆動部、3 発振回
路、4 ドライブ回路、Q1 スイッチング素子、Cr
一次側並列共振コンデンサ、DD クランプダイオー
ド、C2 二次側並列共振コンデンサ、Cs 二次側直
列共振コンデンサ、PIT 絶縁コンバータトランス、
PRT 直交型制御トランス
1 control circuit, 2 switching driver, 3 oscillation circuit, 4 drive circuit, Q1 switching element, Cr
Primary parallel resonance capacitor, DD clamp diode, C2 secondary parallel resonance capacitor, Cs secondary series resonance capacitor, PIT isolation converter transformer,
PRT orthogonal control transformer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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、 一次側と二次側とで疎結合とされる所要の結合係数が得
られる構造を有し、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の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の
二次巻線に対して二次側直列共振コンデンサを直列に接
続することで形成される二次側直列共振回路とが組み合
わされて成る二次側複合共振回路と、 上記二次側複合共振回路を備えて形成され、上記絶縁コ
ンバータトランスの二次巻線に得られる交番電圧を入力
して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、 上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて、上記スイッ
チング素子のスイッチング周波数を可変制御することで
定電圧制御を行うようにされる定電圧制御手段とを備
え、 上記絶縁コンバータトランスは、ギャップが形成されて
いないコアを備えると共に、上記一次巻線と上記二次巻
線は互いに逆となる巻方向によって上記コアに対して巻
回され、上記一次巻線と上記二次巻線とについては加極
性接続されている、 ことを特徴とするスイッチング電源回路。
1. A switching means formed with a switching element for switching and outputting an input DC input voltage, and a primary-side parallel resonance circuit having a voltage resonance type operation of the switching means is formed. And a primary side parallel resonant capacitor provided in such a manner as to obtain a required coupling coefficient that is loosely coupled between the primary side and the secondary side. An insulation converter transformer for transmitting to the secondary side, a secondary side parallel resonance circuit formed by connecting a secondary side parallel resonance capacitor in parallel to a secondary winding of the insulation converter transformer, and the insulation converter transformer The secondary side which is combined with the secondary side series resonance circuit formed by connecting the secondary side series resonance capacitor in series with the secondary winding of A secondary side DC output voltage is obtained by inputting an alternating voltage obtained in a secondary winding of the insulating converter transformer and performing a rectifying operation by forming a composite resonance circuit and the secondary side composite resonance circuit. DC output voltage generation means configured as described above, and constant voltage control means for performing constant voltage control by variably controlling the switching frequency of the switching element according to the level of the secondary DC output voltage The insulating converter transformer includes a core in which no gap is formed, and the primary winding and the secondary winding are wound around the core in winding directions opposite to each other, and A switching power supply circuit, wherein the winding and the secondary winding are connected in polarities.
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