JP2003289665A - Switching power supply unit - Google Patents

Switching power supply unit

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JP2003289665A
JP2003289665A JP2002092346A JP2002092346A JP2003289665A JP 2003289665 A JP2003289665 A JP 2003289665A JP 2002092346 A JP2002092346 A JP 2002092346A JP 2002092346 A JP2002092346 A JP 2002092346A JP 2003289665 A JP2003289665 A JP 2003289665A
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voltage
transformer
switching element
pwm
output voltage
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JP2002092346A
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Hitoyuki Taguchi
仁幸 田口
Yasuhiro Matsuura
易広 松浦
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Original Assignee
Alpine Electronics Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a peak current. <P>SOLUTION: A PWM signal P3 is generated by an adding circuit 2 as a signal to turn on a switching element Q3 through a PWM signal P1 and a PWM signal P2, when either switching element Q1 or a switching element Q2 is ON. When an input voltage Vin increases and pulse widths of the PWM signals P1 and P2 become narrower by a PWM control 1, a pulse width of the PWM signal P3 also reduces, and a voltage Vc supplied to a center tap of a transformer T1 also decreases. By this reason, the pulse widths of the PWM signals P1 and P2 at which an output voltage Vout reaches a target voltage are kept to be wider as compared to the case when the input voltage Vin is directly supplied to the center tap of the transformer T1. As a result, a peak value of a current flowing through the switching elements Q1 and Q2 and an inrush current value of a capacitor C2 for leveling an output are suppressed to be smaller as compared to the case when the input voltage Vin is directly supplied to the center tap of the transformer T1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、PWM ( Pulse W
idth Modulation ) 制御によって出力電圧を制御するス
イッチング電源装置においてピーク電流を抑制する技術
に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a PWM (Pulse W
The present invention relates to a technique for suppressing a peak current in a switching power supply device that controls an output voltage by controlling idth modulation.

【0002】[0002]

【従来の技術】PWM制御によって出力電圧を制御する
スイッチング電源装置としては、たとえば、図3に示す
プッシュプル型のスイッチング電源装置が知られてい
る。図示するように、このスイッチング電源装置は、入
力電圧Vinのリップル抑制用の電解コンデンサC1、
センタタップを有する非絶縁型のトランスT1、2つの
FETであるスイッチング素子Q1、Q2、2つの出力
整流用ダイオードD1、D2、出力平滑用の電解コンデ
ンサC2、PWM制御部(PWM CNT)1を有して
いる。ここで、便宜上、トランスT1のセンタタップの
両側のリアクタンスをそれぞれL1、L2として以下の
説明を行う。
2. Description of the Related Art As a switching power supply device which controls an output voltage by PWM control, for example, a push-pull type switching power supply device shown in FIG. 3 is known. As shown in the figure, this switching power supply device includes an electrolytic capacitor C1 for suppressing ripple of an input voltage Vin,
A non-insulated transformer T1 having a center tap, switching elements Q1 and Q2 that are two FETs, two output rectifying diodes D1 and D2, an output smoothing electrolytic capacitor C2, and a PWM control unit (PWM CNT) 1 are provided. is doing. Here, for convenience, the reactances on both sides of the center tap of the transformer T1 will be described as L1 and L2, respectively.

【0003】PWM制御部1は、一定周期の、相互に半
周期位相がずれたパルスを有するPWM信号P1、P2
を各々スイッチング素子Q1、Q2に印加する。PWM
制御部1は、PWM信号P1、P2のパルス幅を出力電
圧Voutが目標電圧となるように、出力電圧Vout
が目標電圧より小さい場合にはパルス幅を広げ、出力電
圧Voutが目標電圧より大きい場合にはパルス幅を小
さくすることにより制御する。ただし、PWM信号P
1、P2の最大デューティ比は50%以下の範囲に制限
される。
The PWM control unit 1 has PWM signals P1 and P2 which have pulses of a constant cycle and whose phases are shifted from each other by a half cycle.
Are applied to the switching elements Q1 and Q2, respectively. PWM
The control unit 1 sets the pulse widths of the PWM signals P1 and P2 so that the output voltage Vout becomes the target voltage.
When the output voltage Vout is larger than the target voltage, the pulse width is expanded, and when the output voltage Vout is larger than the target voltage, the pulse width is decreased. However, the PWM signal P
The maximum duty ratio of 1 and P2 is limited to a range of 50% or less.

【0004】このPWM信号P1、P2によって、スイ
ッチング素子Q1、Q2は交互にオンとオフを繰り返
し、トランスT1のセンタタップに供給される電圧Vc
による電流をリアクタンスL1、L2に流しエネルギを
蓄積する。そして、スイッチング素子Q1、Q2のオフ
期間に、リアクタンスL1、L2に蓄積されたエネルギ
による電流が出力側に出力され、出力整流用ダイオード
D1、D2と出力平滑用の電解コンデンサC2によって
整流、平滑化されて出力電圧Voutを持つ出力とな
る。
The PWM signals P1 and P2 alternately turn on and off the switching elements Q1 and Q2, and the voltage Vc supplied to the center tap of the transformer T1.
The current due to is passed through the reactances L1 and L2 to accumulate energy. Then, during the off period of the switching elements Q1 and Q2, a current due to the energy accumulated in the reactances L1 and L2 is output to the output side, and is rectified and smoothed by the output rectifying diodes D1 and D2 and the output smoothing electrolytic capacitor C2. As a result, an output having the output voltage Vout is obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このようなスイッチン
グ電源装置では、入力電圧Vinが変動し増加すると、
出力電圧Voutを目標電圧に維持するために、PWM
制御部1の制御によってPWM信号P1、P2のパルス
幅が小さくなるように制御される。そして、スイッチン
グ電源の出力に接続する負荷を一定とすると、PWM信
号P1、P2のパルス幅が小さくなるに従い、出力に転
送するエネルギを一定とするために、スイッチング素子
Q1、Q2に流れる電流のピーク値や、出力平滑用のコ
ンデンサC2の突入電流値が大きくなる。
In such a switching power supply device, when the input voltage Vin fluctuates and increases,
In order to maintain the output voltage Vout at the target voltage, PWM
By the control of the control unit 1, the pulse widths of the PWM signals P1 and P2 are controlled to be small. Then, if the load connected to the output of the switching power supply is constant, as the pulse widths of the PWM signals P1 and P2 become smaller, the peak of the current flowing through the switching elements Q1 and Q2 becomes constant in order to make the energy transferred to the output constant. The value and the inrush current value of the output smoothing capacitor C2 increase.

【0006】そして、このスイッチング素子Q1、Q2
に流れる電流のピーク値の増大は、スイッチング素子Q
1、Q2の発熱量の増大を招き、出力平滑用のコンデン
サC2の突入電流値の増大はコンデンサC2の発熱量の
増大を招くことになるため、これらピーク電流は許容レ
ベル以下に抑制する必要がある。
Then, the switching elements Q1 and Q2
The increase in the peak value of the current flowing through the switching element Q
1 and Q2 increase in the amount of heat generated, and an increase in the inrush current value of the output smoothing capacitor C2 causes an increase in the amount of heat generated in the capacitor C2. Therefore, it is necessary to suppress these peak currents below the allowable level. is there.

【0007】なお、図4に示すように、図3のスイッチ
ング電源装置の非絶縁型のトランスT1に代えて絶縁型
のトランスT2を用いれば、トランスT2の適当な設計
により、ピーク電流が許容レベルを超えて増加してしま
う程、PWM信号P1、P2のパルス幅が小さくなるこ
とを、ある程度抑えることができる。しかし、このため
にはトランスT2の卷線数を多くする必要があり、コス
トの増加や、トランスT2による損失を避けることがで
きない。また、条件によっては、PWM信号P1、ピー
ク電流が許容レベルを超えて増加してしまう程にP2の
パルス幅が小さくなってしまう可能性が残る。
As shown in FIG. 4, if an insulating type transformer T2 is used instead of the non-insulating type transformer T1 of the switching power supply device shown in FIG. It can be suppressed to some extent that the pulse widths of the PWM signals P1 and P2 become smaller as the pulse width increases beyond. However, for this purpose, it is necessary to increase the number of windings of the transformer T2, which inevitably results in an increase in cost and a loss due to the transformer T2. Further, depending on the conditions, there is a possibility that the pulse width of P2 becomes small as the PWM signal P1 and the peak current increase beyond the allowable level.

【0008】そこで、本発明は、PWM制御によって出
力電圧を制御するスイッチング電源装置においてピーク
電流を抑制することを課題とする。
Therefore, an object of the present invention is to suppress the peak current in the switching power supply device which controls the output voltage by PWM control.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記課題達成のために本
発明は、入力電圧をPWM ( Pulse Width Modulation
) 制御を用いて出力電圧に変換するスイッチング電源
装置であって、トランスと、前記入力電圧を変圧し供給
電圧として前記トランスに供給する変圧手段と、前記供
給電圧によって前記トランスを流れる電流をオン/オフ
する第1のスイッチング素子と、前記トランスの出力電
流を整流平滑化し出力電圧とする整流平滑化回路と、前
記出力電圧と所定の目標電圧との差が無くなるように前
記第1のスイッチング素子のオン/オフをPWM制御す
る出力電圧制御部と、供給電圧制御回路とを有し、前記
変圧手段は、前記入力電圧の印加点と前記トランス間に
設けられた第2のスイッチング素子と、前記入力電圧の
電源から前記第2のスイッチを介して供給される電圧を
平滑化し前記供給電圧として前記トランスに供給する平
滑化回路とを備え、前記供給電圧制御回路は、前記第2
のスイッチング素子のオン/オフを、前記出力電圧が前
記目標電圧より大きい程デューティ比が小さくなるPW
M信号によりPWM制御することを特徴とするスイッチ
ング電源装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a PWM (Pulse Width Modulation) for an input voltage.
) A switching power supply device for converting into an output voltage using control, a transformer, a transformer for transforming the input voltage and supplying it as a supply voltage to the transformer, and turning on / off a current flowing through the transformer by the supply voltage. A first switching element that is turned off, a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes an output current of the transformer to obtain an output voltage, and a first switching element of the first switching element that eliminates a difference between the output voltage and a predetermined target voltage. An output voltage control unit for performing PWM control of ON / OFF, and a supply voltage control circuit, wherein the transformer means includes a second switching element provided between the input voltage application point and the transformer, and the input. A smoothing circuit that smoothes a voltage supplied from a voltage power source through the second switch and supplies the smoothed voltage to the transformer as the supply voltage, Serial supply voltage control circuit, the second
PW for turning on / off the switching element is smaller as the output voltage is higher than the target voltage.
Provided is a switching power supply device which is PWM-controlled by an M signal.

【0010】このようなスイッチング電源装置によれ
ば、前記出力電圧が前記目標電圧より大きい程デューテ
ィ比が小さくなるPWM信号によりトランスに供給され
る供給電圧が制御される。したがって、前記出力電圧が
前記目標電圧より大きい場合には、トランスに供給され
る供給電圧値は小さくなるので、供給電圧によって前記
トランスを流れる電流をスイッチングするためのPWM
制御におけるパルス幅(デューティ比)を、トランスに
入力電圧を直接供給する場合に比べ小さくする必要がな
くなる。したがって、供給電圧によって前記トランスを
流れる電流をスイッチングするスイッチング素子やトラ
ンス出力を整流平滑する整流平滑回路に流れるピーク電
流値を抑制し、各部の発熱等を抑えることができる。
According to such a switching power supply device, the supply voltage supplied to the transformer is controlled by the PWM signal in which the duty ratio becomes smaller as the output voltage becomes larger than the target voltage. Therefore, when the output voltage is higher than the target voltage, the value of the supply voltage supplied to the transformer becomes small, so that the PWM for switching the current flowing through the transformer by the supply voltage is used.
It becomes unnecessary to reduce the pulse width (duty ratio) in the control as compared with the case where the input voltage is directly supplied to the transformer. Therefore, it is possible to suppress the peak current value flowing in the switching element that switches the current flowing through the transformer according to the supply voltage and the rectifying / smoothing circuit that rectifies and smoothes the output of the transformer, and suppress the heat generation of each unit.

【0011】より具体的には、本発明は、たとえば、入
力電圧をPWM ( Pulse Width Modulation ) 制御を用
いて出力電圧に変換するスイッチング電源装置であっ
て、中間タップを有するトランスと、前記入力電圧を変
圧し供給電圧として前記トランスの中間タップに供給す
る変圧手段と、前記トランスの第1端と接地電位間に配
置された第1のスイッチング素子と、前記トランスの第
2端と接地電位間に配置された第2のスイッチング素子
と、前記トランスの出力電流を整流平滑化し前記出力電
圧とする整流平滑化回路と、前記出力電圧と所定の目標
電圧との差が無くなるように、前記第1のスイッチング
素子のオン/オフと第2のスイッチング素子のオン/オ
フとを相互に半周期ずれた位相でPWM制御するPWM
制御部と、供給電圧制御回路とを有し、前記変圧手段
は、前記入力電圧の印加点と前記トランスの中間タップ
との間に設けられた第3のスイッチング素子と、前記入
力電圧の電源から前記第3のスイッチを介して供給され
る電圧を平滑化し前記供給電圧として前記トランスの中
間タップに供給する平滑化回路とを備え、前記供給電圧
制御回路は、前記第3のスイッチング素子のオン/オフ
を、前記出力電圧が前記目標電圧より大きい程デューテ
ィ比が小さくなる入力電圧変圧用PWM信号によりPW
M制御することを特徴とするスイッチング電源装置を提
供する。
More specifically, the present invention is, for example, a switching power supply device for converting an input voltage into an output voltage by using PWM (Pulse Width Modulation) control, which includes a transformer having an intermediate tap and the input voltage. Between the first end of the transformer and the ground potential, and a second switching element arranged between the second end of the transformer and the ground potential. The second switching element arranged, a rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing the output current of the transformer to obtain the output voltage, and the first switching circuit so that there is no difference between the output voltage and a predetermined target voltage. PWM for performing PWM control of ON / OFF of the switching element and ON / OFF of the second switching element with phases shifted from each other by a half cycle
A transformer and a supply voltage control circuit, wherein the transformer comprises a third switching element provided between an input point of the input voltage and an intermediate tap of the transformer, and a power source for the input voltage. A smoothing circuit for smoothing a voltage supplied via the third switch and supplying the smoothed voltage to the intermediate tap of the transformer as the supply voltage, wherein the supply voltage control circuit turns on / off the third switching element. PW is turned off by the PWM signal for input voltage transformation in which the duty ratio becomes smaller as the output voltage becomes larger than the target voltage.
Provided is a switching power supply device characterized by M control.

【0012】また、本発明は、たとえば、入力電圧をP
WM ( Pulse Width Modulation )制御を用いて出力電
圧に変換するスイッチング電源装置であって、中間タッ
プを有する非絶縁型トランスと、前記入力電圧を変圧し
供給電圧として前記非絶縁型トランスの中間タップに供
給する変圧手段と、前記非絶縁型トランスの第1端と接
地電位との間に配置された第1のスイッチング素子と、
前記非絶縁型トランスの第2端と接地電位との間に配置
された第2のスイッチング素子と、前記非絶縁型トラン
スの両端間に接続され、前記非絶縁型トランスより入力
する電流を整流平滑化し前記出力電圧とする整流平滑化
回路と、前記出力電圧と所定の目標電圧との差が無くな
るように、前記出力電圧と所定の目標電圧との差が無く
なるように、前記第1のスイッチング素子のオン/オフ
と前記第2のスイッチング素子のオン/オフとを相互に
半周期ずれた位相でPWM制御するPWM制御部と、供
給電圧制御回路とを有し、前記変圧手段は、前記入力電
圧の印加点と前記非絶縁型トランスの中間タップとの間
に設けられた第3のスイッチング素子と、前記入力電圧
の電源から前記第3のスイッチを介して供給される電圧
を平滑化し前記供給電圧として前記非絶縁型トランスの
中間タップに供給する平滑化回路とを備え、前記供給電
圧制御回路は、前記第3のスイッチング素子のオン/オ
フを、前記出力電圧が前記目標電圧より大きい程デュー
ティ比が小さくなる入力電圧変圧用PWM信号によりP
WM制御することを特徴とするスイッチング電源装置を
提供する。
Further, according to the present invention, for example, the input voltage is set to P
A switching power supply device for converting into an output voltage by using WM (Pulse Width Modulation) control, wherein a non-insulating transformer having an intermediate tap and an intermediate tap of the non-insulating transformer for transforming the input voltage are supplied. A transformer for supplying power, a first switching element arranged between the first end of the non-insulated transformer and the ground potential,
A second switching element arranged between the second end of the non-insulating transformer and a ground potential, and a second switching element connected between both ends of the non-insulating transformer to rectify and smooth a current input from the non-insulating transformer. And a first rectifying / smoothing circuit for converting the output voltage to a predetermined target voltage so that there is no difference between the output voltage and the predetermined target voltage. And a supply voltage control circuit for PWM-controlling the on / off of the second switching element and the on / off of the second switching element in a phase shifted from each other by a half cycle, and the transformation means has the input voltage. Of the input voltage and the intermediate tap of the non-insulated transformer, and smoothing the voltage supplied from the power supply of the input voltage via the third switch, A smoothing circuit that supplies the voltage to the intermediate tap of the non-insulating transformer, the supply voltage control circuit turns on / off the third switching element, and outputs the duty as the output voltage is larger than the target voltage. P is set by the PWM signal for input voltage transformation with a small ratio
Provided is a switching power supply device characterized by WM control.

【0013】ここで、これらのスイッチング電源装置に
おいては、前記PWM制御部は、前記第1のスイッチン
グ素子のオン期間を制御するための第1出力電圧制御用
PWM信号と、前記第2のスイッチング素子のオン期間
を制御するための第2出力電圧制御用PWM信号とを出
力し、前記供給電圧制御回路は、前記第1出力電圧制御
用PWM信号と前記第2出力電圧制御用PWM信号とよ
り、前記第1のスイッチング素子のオン期間と前記第2
のスイッチング素子のオン期間に、前記第3のスイッチ
ング素子をオンする前記入力電圧変圧用PWM信号を生
成するようにしてもよい。
Here, in these switching power supply devices, the PWM control section includes a first output voltage control PWM signal for controlling the ON period of the first switching element, and the second switching element. A second output voltage control PWM signal for controlling the ON period of the output voltage control circuit, and the supply voltage control circuit outputs the first output voltage control PWM signal and the second output voltage control PWM signal, The ON period of the first switching element and the second period
The input voltage transformation PWM signal for turning on the third switching element may be generated during the on period of the switching element.

【0014】このようにすることにより、入力電圧変圧
用PWM信号を生成するための専用のPWM制御機能部
を備えることなく、少ない回路規模において、供給電圧
の制御を実現することができる。
By doing so, it is possible to realize the control of the supply voltage with a small circuit scale without providing a dedicated PWM control function unit for generating the PWM signal for input voltage transformation.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図1に本実施形態に係るスイッチング電源装
置の構成を示す。図示するように、本スイッチング電源
装置は、電解コンデンサC1、センタタップを有する非
絶縁型のトランスT1、2つのN型FETであるスイッ
チング素子Q1、Q2、2つの出力整流用ダイオードD
1、D2、出力平滑用の電解コンデンサC2、PWM制
御部(PWM CNT)1、P型FETであるスイッチ
ング素子Q3、スイッチング素子Q3のゲート電圧生成
用の抵抗R1、R2、リアクタンスL3、加算回路(N
OR)2、出力平滑用のリアクタンスL4を有してい
る。ここで、便宜上、トランスT1のセンタタップの両
側のリアクタンスをそれぞれL1、L2として以下の説
明を行う。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows the configuration of the switching power supply device according to this embodiment. As shown in the figure, the present switching power supply device includes an electrolytic capacitor C1, a non-insulating transformer T1 having a center tap, two N-type FET switching elements Q1 and Q2, and two output rectifying diodes D.
1, D2, an electrolytic capacitor C2 for smoothing the output, a PWM control unit (PWM CNT) 1, a switching element Q3 which is a P-type FET, resistors R1 and R2 for generating a gate voltage of the switching element Q3, a reactance L3, an adding circuit ( N
OR) 2 and a reactance L4 for smoothing the output. Here, for convenience, the reactances on both sides of the center tap of the transformer T1 will be described as L1 and L2, respectively.

【0016】PWM制御部1は、一定周期の相互に半周
期位相がずれたパルスを有するPWM信号P1、P2を
各々スイッチング素子Q1、Q2に印加する。PWM制
御部1は、PWM信号P1、P2のパルス幅を出力電圧
Voutが目標電圧となるように、出力電圧Voutが
目標電圧より小さい場合にはパルス幅を広げ、出力電圧
Voutが目標電圧より大きい場合にはパルス幅を小さ
くすることにより制御する。ただし、PWM信号P1、
P2の最大デューティ比は50%以下の範囲に制限され
る。
The PWM control unit 1 applies PWM signals P1 and P2 having pulses of a constant cycle, which are out of phase with each other by a half cycle, to the switching elements Q1 and Q2, respectively. The PWM control unit 1 widens the pulse width of the PWM signals P1 and P2 so that the output voltage Vout becomes the target voltage so that the output voltage Vout is smaller than the target voltage, and the output voltage Vout is larger than the target voltage. In this case, control is performed by reducing the pulse width. However, the PWM signal P1,
The maximum duty ratio of P2 is limited to 50% or less.

【0017】このPWM信号P1、P2によって、スイ
ッチング素子Q1、Q2は交互にオンとオフを繰り返
し、トランスT1のセンタタップに供給される電圧Vc
による電流をリアクタンスL1、L2に流しエネルギを
蓄積する。そしてスイッチング素子Q1、Q2のオフ期
間に、リアクタンスL1、L2に蓄積されたエネルギに
よる電流が出力側に出力され、出力整流用ダイオードD
1、D2によって整流され、リアクタンスL4と出力平
滑用の電解コンデンサC2によって平滑化されて出力電
圧Voutを持つ出力となる。ここで、リアクタンスL
4は、電解コンデンサC2への突入電流を平滑化し、そ
のピーク値を抑制する役割を果たしている。
The PWM signals P1 and P2 alternately turn on and off the switching elements Q1 and Q2, and the voltage Vc supplied to the center tap of the transformer T1.
The current due to is passed through the reactances L1 and L2 to accumulate energy. Then, during the off period of the switching elements Q1 and Q2, the current due to the energy accumulated in the reactances L1 and L2 is output to the output side, and the output rectifying diode D
It is rectified by 1 and D2, and is smoothed by the reactance L4 and the electrolytic capacitor C2 for smoothing the output to become an output having the output voltage Vout. Where reactance L
Reference numeral 4 serves to smooth the rush current flowing into the electrolytic capacitor C2 and suppress its peak value.

【0018】さて、加算回路2は、スイッチング素子Q
3をオン/オフするためのPWM信号P3を出力する。
PWM信号P3は、PWM信号P1とPWM信号P2よ
り、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2のい
ずれかがオンのとき、スイッチング素子Q3をオンする
信号として生成される。具体的には、PWM制御部1が
出力するPWM信号P1とPWM信号P2に対して、論
理和の否定(NOR)演算を施すことによりPWM信号
P3を生成することができる。
Now, the adder circuit 2 includes a switching element Q.
A PWM signal P3 for turning on / off 3 is output.
The PWM signal P3 is generated from the PWM signals P1 and P2 as a signal that turns on the switching element Q3 when either the switching element Q1 or the switching element Q2 is turned on. Specifically, the PWM signal P3 can be generated by performing a logical OR negation (NOR) operation on the PWM signal P1 and the PWM signal P2 output by the PWM control unit 1.

【0019】さて、入力電圧Vinから、スイッチング
素子Q3のオン/オフとによって生成されるパルスは、
電解コンデンサC1、リアクタンスL3で平滑化され、
トランスT1のセンタタップに供給される。ここで、こ
のようなスイッチング電源装置において、PWM制御部
1が出力するPWM信号P1及びPWM信号P2のデュ
ーティ比と、トランスT1のセンタタップに供給される
実効電圧Vcの関係は、入力電圧Vinを一定として、
図2aに示すように表される。
The pulse generated by turning on / off the switching element Q3 from the input voltage Vin is
Smoothed by electrolytic capacitor C1 and reactance L3,
It is supplied to the center tap of the transformer T1. Here, in such a switching power supply device, the relationship between the duty ratio of the PWM signal P1 and the PWM signal P2 output by the PWM control unit 1 and the effective voltage Vc supplied to the center tap of the transformer T1 is the input voltage Vin. As a constant,
It is represented as shown in Figure 2a.

【0020】すなわち、トランスT1のセンタタップに
供給される電圧Vcの大きさは、スイッチング素子Q3
のオン期間の比率に追従するので、PWM制御部1が出
力するPWM信号P1及びPWM信号P2のデューティ
比が小さくなる程小さくなることになる。
That is, the magnitude of the voltage Vc supplied to the center tap of the transformer T1 depends on the switching element Q3.
As the duty ratio of the PWM signal P1 and the PWM signal P2 output from the PWM control unit 1 decreases, the duty ratio decreases as the duty ratio of the PWM signal P1 decreases.

【0021】したがって、入力電圧Vinが変動し増加
した場合、出力電圧Voutを目標電圧に維持するため
に、PWM制御部1の制御によってPWM信号P1、P
2のパルス幅が小さくなるように制御されるが、これに
よりPWM信号P3のパルス幅も小さくなりトランスT
1のセンタタップに供給される電圧Vcが小さくなるよ
うに制御される。このため、出力電圧Voutが目標電
圧に達するPWM信号P1、P2のパルス幅は、入力電
圧Vinを直接トランスT1のセンタタップに供給する
場合に比べて大きくて済む。そして、この結果、スイッ
チング素子Q1、Q2に流れる電流のピーク値や、出力
平滑用のコンデンサC2の突入電流値は、入力電圧Vi
nを直接トランスT1のセンタタップに供給する場合に
比べ小さく抑制されることになる。
Therefore, when the input voltage Vin fluctuates and increases, in order to maintain the output voltage Vout at the target voltage, the PWM signals P1, P are controlled by the PWM controller 1.
2 is controlled so that the pulse width of the PWM signal P3 becomes smaller and the pulse width of the PWM signal P3 also becomes smaller.
The voltage Vc supplied to the first center tap is controlled to be small. Therefore, the pulse width of the PWM signals P1 and P2 at which the output voltage Vout reaches the target voltage can be made larger than that in the case where the input voltage Vin is directly supplied to the center tap of the transformer T1. As a result, the peak value of the current flowing through the switching elements Q1 and Q2 and the inrush current value of the output smoothing capacitor C2 are determined by the input voltage Vi.
Compared with the case where n is directly supplied to the center tap of the transformer T1, it is suppressed to be small.

【0022】図2b−1とb−2は、入力電圧Vinを
直接トランスT1のセンタタップに供給した場合(b−
1)と、本実施形態の構成においてスイッチング素子Q
3によってトランスT1のセンタタップに供給する電圧
を制御した場合(b−2)の、スイッチング素子Q1、
Q2を流れる電流IQを、同入力電圧、同目標電圧、同
負荷の条件下において示したものである。
2b-1 and 2b show the case where the input voltage Vin is directly supplied to the center tap of the transformer T1 (b-
1) and the switching element Q in the configuration of the present embodiment
When the voltage supplied to the center tap of the transformer T1 is controlled by 3 (b-2), the switching element Q1,
The current IQ flowing through Q2 is shown under the same input voltage, same target voltage, and same load conditions.

【0023】図示するように、本実施形態の構成によれ
ば、PWM信号P1、P2のパルス幅は、入力電圧Vi
nを直接トランスT1のセンタタップに供給する場合に
比べ大きく、スイッチング素子Q1、Q2を流れる電流
IQも小さく抑制される。なお、電流IQの各山は交互
にスイッチング素子Q1に流れる電流とスイッチング素
子Q2に流れる電流を表している。また、図中では、ト
ランスT1のセンタタップの供給電圧Vcとして、その
交流成分を示した。
As shown in the figure, according to the configuration of this embodiment, the pulse widths of the PWM signals P1 and P2 are equal to the input voltage Vi.
Compared with the case where n is directly supplied to the center tap of the transformer T1, the current IQ flowing through the switching elements Q1 and Q2 is suppressed to be small. Each peak of the current IQ represents the current flowing through the switching element Q1 and the current flowing through the switching element Q2 alternately. In the figure, the AC component is shown as the supply voltage Vc of the center tap of the transformer T1.

【0024】以上、本発明の実施形態について説明し
た。なお、本実施形態におけるトランスT1のセンタタ
ップに供給する電圧をPWM制御する構成は、図4に示
した絶縁型トランスT2を用いる構成におけるトランス
T2のセンタタップに供給する電圧の制御にも同様に適
用することができる。
The embodiments of the present invention have been described above. The configuration of performing PWM control of the voltage supplied to the center tap of the transformer T1 in the present embodiment is similarly applied to the control of the voltage supplied to the center tap of the transformer T2 in the configuration using the insulating transformer T2 shown in FIG. Can be applied.

【0025】また、以上では、トランスT1のセンタタ
ップに供給する電圧を制御するPWM信号P3を、PW
M信号P1とPWM信号P2より、スイッチング素子Q
1とスイッチング素子Q2のいずれかがオンのとき、ス
イッチング素子Q3をオンする信号として生成したが、
PWM信号P3は、目標電圧より出力電圧Voutが大
きいときに、その差の絶対値に追従してパルス幅(デュ
ーティ比)が小さくなり、目標電圧より出力電圧Vou
tが小さいきいときに、その差の絶対値に追従してパル
ス幅(デューティ比)が大きくなるものであれば足り
る。
In the above, the PWM signal P3 for controlling the voltage supplied to the center tap of the transformer T1 is set to PW.
From the M signal P1 and the PWM signal P2, the switching element Q
When either 1 or the switching element Q2 is on, it is generated as a signal for turning on the switching element Q3.
When the output voltage Vout is larger than the target voltage, the PWM signal P3 has a smaller pulse width (duty ratio) following the absolute value of the difference, and the output voltage Vou is smaller than the target voltage.
It suffices that the pulse width (duty ratio) increases in accordance with the absolute value of the difference when t is small.

【0026】以上のように本実施形態によれば、トラン
スT1のセンタタップに供給する電圧も、PWM制御の
対象とすることにより、ピーク電流を抑制することがで
きる。
As described above, according to this embodiment, the peak current can be suppressed by setting the voltage supplied to the center tap of the transformer T1 as the target of the PWM control.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、PWM
制御によって出力電圧を制御するスイッチング電源装置
においてピーク電流を抑制することができる。
As described above, according to the present invention, the PWM
The peak current can be suppressed in the switching power supply device that controls the output voltage by control.

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

【図1】本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置
の構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置
のPWM信号と供給電圧の関係と動作例を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a PWM signal and a supply voltage and an operation example of the switching power supply device according to the embodiment of the present invention.

【図3】従来のスイッチング電源装置の構成を示す回路
図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional switching power supply device.

【図4】従来のスイッチング電源装置の構成を示す回路
図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional switching power supply device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:PWM制御部、2:加算回路、C1、C2、C3:
電解コンデンサ、D1、D2:ダイオード、L1、L
2、L3、L4:リアクタンス、Q1、Q2、Q3:ス
イッチング素子、R1,R2:抵抗、T1:非絶縁型ト
ランス、T2:絶縁型トランス。
1: PWM control unit, 2: addition circuit, C1, C2, C3:
Electrolytic capacitors, D1, D2: Diodes, L1, L
2, L3, L4: reactance, Q1, Q2, Q3: switching element, R1, R2: resistor, T1: non-insulating transformer, T2: insulating transformer.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入力電圧をPWM ( Pulse Width Modulat
ion ) 制御を用いて出力電圧に変換するスイッチング電
源装置であって、 トランスと、前記入力電圧を変圧し供給電圧として前記
トランスに供給する変圧手段と、前記供給電圧によって
前記トランスを流れる電流をオン/オフする第1のスイ
ッチング素子と、前記トランスの出力電流を整流平滑化
し出力電圧とする整流平滑化回路と、前記出力電圧と所
定の目標電圧との差が無くなるように前記第1のスイッ
チング素子のオン/オフをPWM制御する出力電圧制御
部と、供給電圧制御回路とを有し、 前記変圧手段は、前記入力電圧の印加点と前記トランス
間に設けられた第2のスイッチング素子と、前記入力電
圧の電源から前記第2のスイッチを介して供給される電
圧を平滑化し前記供給電圧として前記トランスに供給す
る平滑化回路とを備え、 前記供給電圧制御回路は、前記第2のスイッチング素子
のオン/オフを、前記出力電圧が前記目標電圧より大き
い程デューティ比が小さくなるPWM信号によりPWM
制御することを特徴とするスイッチング電源装置。
1. A PWM (Pulse Width Modulat) input voltage is used.
ion) control for converting the output voltage to an output voltage, the transformer, a transformer for transforming the input voltage to supply the transformer as a supply voltage, and turning on a current flowing through the transformer by the supply voltage. A first switching element that is turned on / off, a rectifying / smoothing circuit that rectifies and smoothes an output current of the transformer into an output voltage, and the first switching element so that there is no difference between the output voltage and a predetermined target voltage. And a supply voltage control circuit for performing PWM control of ON / OFF of the transformer, the transformer means includes a second switching element provided between the application point of the input voltage and the transformer, A smoothing circuit for smoothing the voltage supplied from the power source of the input voltage through the second switch and supplying the smoothed voltage to the transformer as the supply voltage. , The supply voltage control circuit, the on / off the second switching element, PWM by the PWM signal whose duty ratio decreases as the output voltage is greater than the target voltage
A switching power supply device characterized by being controlled.
【請求項2】入力電圧をPWM ( Pulse Width Modulat
ion ) 制御を用いて出力電圧に変換するスイッチング電
源装置であって、 中間タップを有するトランスと、前記入力電圧を変圧し
供給電圧として前記トランスの中間タップに供給する変
圧手段と、前記トランスの第1端と接地電位間に配置さ
れた第1のスイッチング素子と、前記トランスの第2端
と接地電位間に配置された第2のスイッチング素子と、
前記トランスの出力電流を整流平滑化し前記出力電圧と
する整流平滑化回路と、前記出力電圧と所定の目標電圧
との差が無くなるように、前記第1のスイッチング素子
のオン/オフと前記第2のスイッチング素子のオン/オ
フとを相互に半周期ずれた位相でPWM制御するPWM
制御部と、供給電圧制御回路とを有し、 前記変圧手段は、前記入力電圧の印加点と前記トランス
の中間タップとの間に設けられた第3のスイッチング素
子と、前記入力電圧の電源から前記第3のスイッチを介
して供給される電圧を平滑化し前記供給電圧として前記
トランスの中間タップに供給する平滑化回路とを備え、 前記供給電圧制御回路は、前記第3のスイッチング素子
のオン/オフを、前記出力電圧が前記目標電圧より大き
い程デューティ比が小さくなる入力電圧変圧用PWM信
号によりPWM制御することを特徴とするスイッチング
電源装置。
2. An input voltage is PWM (Pulse Width Modulat)
ion) control is used to convert the output voltage to an output voltage, the transformer having an intermediate tap, a transformer for transforming the input voltage and supplying it to the intermediate tap of the transformer as a supply voltage, A first switching element arranged between the one end and the ground potential, and a second switching element arranged between the second end of the transformer and the ground potential,
A rectifying / smoothing circuit that rectifies and smoothes an output current of the transformer to obtain the output voltage, and turns on / off the first switching element and the second switching element so that a difference between the output voltage and a predetermined target voltage is eliminated. PWM to control the ON / OFF of the switching element of the
A power supply for the input voltage; and a third switching element provided between the application point of the input voltage and the intermediate tap of the transformer, and a power supply for the input voltage. A smoothing circuit that smoothes a voltage supplied through the third switch and supplies the smoothed voltage to the intermediate tap of the transformer as the supply voltage, wherein the supply voltage control circuit turns on / off the third switching element. A switching power supply device, wherein OFF is PWM-controlled by an input voltage transforming PWM signal having a smaller duty ratio as the output voltage is higher than the target voltage.
【請求項3】入力電圧をPWM ( Pulse Width Modulat
ion ) 制御を用いて出力電圧に変換するスイッチング電
源装置であって、 中間タップを有する非絶縁型トランスと、前記入力電圧
を変圧し供給電圧として前記非絶縁型トランスの中間タ
ップに供給する変圧手段と、前記非絶縁型トランスの第
1端と接地電位との間に配置された第1のスイッチング
素子と、前記非絶縁型トランスの第2端と接地電位との
間に配置された第2のスイッチング素子と、前記非絶縁
型トランスの両端間に接続され、前記非絶縁型トランス
より入力する電流を整流平滑化し前記出力電圧とする整
流平滑化回路と、前記出力電圧と所定の目標電圧との差
が無くなるように、前記出力電圧と所定の目標電圧との
差が無くなるように、前記第1のスイッチング素子のオ
ン/オフと第2のスイッチング素子のオン/オフとを相
互に半周期ずれた位相でPWM制御するPWM制御部
と、供給電圧制御回路とを有し、 前記変圧手段は、前記入力電圧の印加点と前記非絶縁型
トランスの中間タップとの間に設けられた第3のスイッ
チング素子と、前記入力電圧の電源から前記第3のスイ
ッチを介して供給される電圧を平滑化し前記供給電圧と
して前記非絶縁型トランスの中間タップに供給する平滑
化回路とを備え、 前記供給電圧制御回路は、前記第3のスイッチング素子
のオン/オフを、前記出力電圧が前記目標電圧より大き
い程デューティ比が小さくなる入力電圧変圧用PWM信
号によりPWM制御することを特徴とするスイッチング
電源装置。
3. An input voltage is PWM (Pulse Width Modulat).
ion) control for converting into an output voltage, which is a non-isolated transformer having an intermediate tap, and a transformer that transforms the input voltage and supplies it as a supply voltage to the intermediate tap of the non-insulated transformer. A first switching element arranged between the first end of the non-insulated transformer and the ground potential, and a second switching element arranged between the second end of the non-insulated transformer and the ground potential. A switching element and a rectifying / smoothing circuit connected between both ends of the non-insulating transformer to rectify and smooth the current input from the non-insulating transformer to obtain the output voltage; and the output voltage and a predetermined target voltage. The ON / OFF of the first switching element and the ON / OFF of the second switching element are mutually switched so that there is no difference between the output voltage and the predetermined target voltage. And a supply voltage control circuit for performing PWM control in a phase shifted by a half cycle, and the transformer means is provided between the application point of the input voltage and the intermediate tap of the non-insulated transformer. A third switching element, and a smoothing circuit that smoothes a voltage supplied from the power source of the input voltage via the third switch and supplies the smoothed voltage to the intermediate tap of the non-insulated transformer as the supply voltage. The supply voltage control circuit PWM-controls ON / OFF of the third switching element by an input voltage transformation PWM signal having a smaller duty ratio as the output voltage is higher than the target voltage. Switching power supply.
【請求項4】請求項2または3記載のスイッチング電源
装置であって、 前記PWM制御部は、前記第1のスイッチング素子のオ
ン期間を制御するための第1出力電圧制御用PWM信号
と、前記第2のスイッチング素子のオン期間を制御する
ための第2出力電圧制御用PWM信号とを出力し、 前記供給電圧制御回路、前記第1出力電圧制御用PWM
信号と前記第2出力電圧制御用PWM信号とより、前記
第1のスイッチング素子のオン期間と前記第2のスイッ
チング素子のオン期間に、前記第3のスイッチング素子
をオンする前記入力電圧変圧用PWM信号を生成するこ
とを特徴とするスイッチング電源装置。
4. The switching power supply device according to claim 2, wherein the PWM control section includes a first output voltage control PWM signal for controlling an ON period of the first switching element, and And a second output voltage control PWM signal for controlling the ON period of the second switching element, the supply voltage control circuit, and the first output voltage control PWM
The input voltage transformation PWM that turns on the third switching element during the on period of the first switching element and the on period of the second switching element based on the signal and the second output voltage control PWM signal. A switching power supply device characterized by generating a signal.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007267528A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Honda Motor Co Ltd Boosting circuit
CN102437759A (en) * 2012-01-18 2012-05-02 朱秋花 High-efficiency grid inverter circuit
WO2013107292A2 (en) * 2012-01-18 2013-07-25 Zhu Qiuhua High-efficiency grid-connected inverter circuit
JP2014183701A (en) * 2013-03-21 2014-09-29 Mitsubishi Electric Corp DC-DC converter

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