JP2003319651A - Switching power circuit - Google Patents

Switching power circuit

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JP2003319651A
JP2003319651A JP2002116121A JP2002116121A JP2003319651A JP 2003319651 A JP2003319651 A JP 2003319651A JP 2002116121 A JP2002116121 A JP 2002116121A JP 2002116121 A JP2002116121 A JP 2002116121A JP 2003319651 A JP2003319651 A JP 2003319651A
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JP
Japan
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switching
winding
voltage
resonance
primary
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Application number
JP2002116121A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Yasumura
昌之 安村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the power conversion efficiency of a composite resonance converter provided with a current resonance converter on the primary side thereof. <P>SOLUTION: With respect to the composite resonance converter, a partial voltage resonance circuit is combined with the current resonance converter on the primary side thereof. A secondary-side partial voltage resonance circuit is formed on the secondary side thereof. With respect to an insulating converter transformer which transfers power from the primary side to the secondary side, a primary winding and a secondary winding are wound with predetermined winding widths using a E-E-shaped or U-U-shaped core. The formation of a gap between magnet legs of the core is avoided so that the primary side and the secondary side are closely coupled with each other. <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、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 in 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 switching power supply circuit that employs a switching converter such as a flyback converter or a forward converter is widely known. Since the switching operation waveforms of these switching converters are rectangular waves, there is a limit in suppressing switching noise. Also, due to its operating characteristics,
It is known that there is a limit to the improvement of power conversion efficiency. Therefore, the applicant has previously proposed various switching power supply circuits using various resonant converters.
The resonant converter can easily obtain high power conversion efficiency, and the switching operation waveform has a sinusoidal waveform to realize low noise. It also has the advantage that it can be configured with a relatively small number of parts.

【0003】図8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
示すスイッチング電源回路は、例えばパーソナルコンピ
ュータや液晶テレビ(テレビジョン)等のACアダプタ
に適用されるものであり、後述するようにして負荷側に
対し、例えば15Vの低電圧の直流電圧EOを出力する
ようにされると共に、負荷電力Po=75Wまでに対応
するように設計されるものである。また、その構成とし
ては、他励式による電流共振形コンバータに対して部分
電圧共振回路が組み合わされた共振形コンバータとして
の構成が採られている。
The circuit diagram of FIG. 8 shows an example of a switching power supply circuit as a prior art, which can be constructed based on the invention previously proposed by the present applicant. The switching power supply circuit shown in this figure is applied to an AC adapter of, for example, a personal computer or a liquid crystal television (television), and a DC voltage EO of a low voltage of, for example, 15V is applied to the load side as described later. Is designed to be output, and is designed to support load power Po = 75 W. Further, as its configuration, a configuration as a resonance type converter in which a partial voltage resonance circuit is combined with a separately excited type current resonance type converter is adopted.

【0004】この図に示す電源回路においては、先ず、
商用交流電源ACに対して、ブリッジ整流回路Di及び
1本の平滑コンデンサCiから成る全波整流平滑回路が
備えられる。そして、これらブリッジ整流回路Di及び
平滑コンデンサCiの全波整流動作によって、平滑コン
デンサCiの両端には整流平滑電圧Ei(直流入力電
圧)が得られることになる。この直流入力電圧Eiは、
交流入力電圧VACの等倍に対応したレベルとなる。
In the power supply circuit shown in this figure, first,
A full-wave rectifying / smoothing circuit including a bridge rectifying circuit Di and one smoothing capacitor Ci is provided for the commercial AC power supply AC. The full-wave rectification operation of the bridge rectification circuit Di and the smoothing capacitor Ci results in the rectification smoothing voltage Ei (DC input voltage) across the smoothing capacitor Ci. This DC input voltage Ei is
The level corresponds to the same size as the AC input voltage VAC.

【0005】上記直流入力電圧を入力してスイッチング
する電流共振形コンバータとしては、図示するようにし
て、MOS−FETによる2本のスイッチング素子Q
1,Q2をハーフブリッジ結合により接続している。スイ
ッチング素子Q1,Q2の各ソース−ドレイン間に対して
は、図示する方向により、それぞれクランプダイオード
DD1,DD2を並列に接続している。
As a current resonance type converter for switching by inputting the DC input voltage, as shown in the drawing, two switching elements Q by MOS-FETs are used.
1 and Q2 are connected by half bridge connection. Clamp diodes DD1 and DD2 are connected in parallel between the sources and drains of the switching elements Q1 and Q2 in the direction shown in the drawing.

【0006】また、スイッチング素子Q2のソース−ド
レイン間に対しては、部分共振コンデンサCpが並列に
接続される。この部分共振コンデンサCpのキャパシタ
ンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンス成分L
1によっては並列共振回路(部分電圧共振回路)を形成
する。そして、スイッチング素子Q1,Q2のターンオフ
時にのみ電圧共振する、部分電圧共振動作が得られるよ
うになっている。
A partial resonance capacitor Cp is connected in parallel between the source and drain of the switching element Q2. The capacitance of the partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance component L of the primary winding N1
Depending on 1, the parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) is formed. Then, a partial voltage resonance operation is obtained in which the voltage resonates only when the switching elements Q1 and Q2 are turned off.

【0007】この電源回路においては、スイッチング素
子Q1,Q2をスイッチング駆動するために、例えば汎用
のICによる発振ドライブ回路11が設けられる。この
発振ドライブ回路11は、スイッチング素子Q1,Q2の
各ゲートに対してドライブ信号としてのゲート電圧を印
加する。これにより、スイッチング素子Q1,Q2は、所
要のスイッチング周波数により交互にオン/オフするよ
うにしてスイッチング動作を行うようにされる。
In this power supply circuit, in order to drive the switching elements Q1 and Q2 in a switching manner, an oscillation drive circuit 11 composed of, for example, a general-purpose IC is provided. The oscillation drive circuit 11 applies a gate voltage as a drive signal to each gate of the switching elements Q1 and Q2. As a result, the switching elements Q1 and Q2 perform a switching operation by alternately turning on / off at a required switching frequency.

【0008】なお、発振ドライブ回路11は、絶縁コン
バータトランスPITの一次側に追加的に巻装された低
圧巻線N4と、コンデンサC4から成る整流回路によって
得られた低圧直流電圧を入力して動作電源としている。
また、起動時においては、起動抵抗Rsを介して整流平
滑電圧Eiを入力することで起動するようになってい
る。
The oscillation drive circuit 11 operates by inputting a low-voltage DC voltage obtained by a rectifying circuit consisting of a low-voltage winding N4 additionally wound around the primary side of the insulating converter transformer PIT and a capacitor C4. It has a power supply.
Further, at the time of startup, the rectified and smoothed voltage Ei is input via the startup resistor Rs to start up.

【0009】絶縁コンバータトランスPIT (Power Is
olation Transformer)はスイッチング素子Q1 、Q2の
スイッチング出力を二次側に伝送する。この絶縁トラン
スPITの一次巻線N1の一端は、共振電流検出巻線N
Aを介して、スイッチング素子Q1のソースとスイッチン
グ素子Q2のドレインとの接点(スイッチング出力点)
に接続されることで、スイッチング出力が得られるよう
にされる。
Isolation Converter Transformer PIT (Power Is
(Olation Transformer) transmits the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side. One end of the primary winding N1 of the insulation transformer PIT has a resonance current detection winding N
Contact point between the source of switching element Q1 and the drain of switching element Q2 via A (switching output point)
The switching output is obtained by being connected to.

【0010】また、一次巻線N1の他端は直列共振コン
デンサC1を介して一次側アースに接続されている。そ
して、上記直列共振コンデンサC1のキャパシタンス
と、一次巻線N1を含む絶縁コンバータトランスPIT
のインダクタンス成分により、一次側スイッチングコン
バータの動作を電流共振形とするための一次側直列共振
回路を形成している。このようにして、この図に示す一
次側スイッチングコンバータとしては、電流共振形とし
ての動作と、前述した部分電圧共振動作とが得られるよ
うになる。
The other end of the primary winding N1 is connected to the primary side ground via a series resonance capacitor C1. And the insulation converter transformer PIT including the capacitance of the series resonance capacitor C1 and the primary winding N1.
The inductance component forms a primary side series resonance circuit for making the operation of the primary side switching converter a current resonance type. In this way, the primary side switching converter shown in this figure can obtain the current resonance type operation and the partial voltage resonance operation described above.

【0011】ここで、絶縁コンバータトランスPITと
しては、例えば図9に示す構造を有している。絶縁コン
バータトランスPITは、フェライト材によるE型コア
CR1、CR2を互いの磁脚が対向するように組み合わ
せたEE型コアが備えられる。そして、一次側と二次側
の巻装領域が互いに独立するようにして分割された上で
一体化されたボビンBに対して、一次巻線N1と、二次
巻線N2をそれぞれの巻装領域に対して巻装している。
なお、一次巻線N1及び二次巻線N2は、それぞれ60μ
mmφのリッツ線をガラ巻きにより巻装している。そし
て、中央磁脚に対しては図のようにギャップGを形成す
るようにしている。これによって、結合係数kとして
は、例えばk≒0.8程度による疎結合の状態を得るよ
うにしている。なお、ギャップGは、E型コアCR1,
CR2の中央磁脚を、2本の外磁脚よりも短くすること
で形成することが出来る。
Here, the insulating converter transformer PIT has a structure shown in FIG. 9, for example. The insulating converter transformer PIT is provided with an EE type core in which E type cores CR1 and CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other. Then, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are respectively wound on the bobbin B which is divided so that the winding areas on the primary side and the secondary side are independent of each other. It is wound around the area.
The primary winding N1 and the secondary winding N2 are each 60 μm.
A mmφ litz wire is wound by a glass winding. A gap G is formed on the central magnetic leg as shown in the figure. As a result, the coupling coefficient k is, for example, about 0.8 so that the loose coupling state is obtained. The gap G is defined by the E-shaped core CR1,
It can be formed by making the central magnetic leg of CR2 shorter than the two outer magnetic legs.

【0012】絶縁コンバータトランスPITの二次側に
は、二次巻線N2が巻装されている。この電源回路にお
いて、二次巻線N2には、図示するようにしてセンター
タップが接地されている。なお、以下では説明上、上記
タップ点で分けられる二次巻線N2部分を、「二次巻線
N2a」及び「二次巻線N2b」と呼ぶこととする。そし
て、この二次巻線N2に対しては、図示するようにして
ショットキーダイオードによる整流ダイオードDO1,D
O2、及び平滑コンデンサCOから成る両波整流回路が形
成され、平滑コンデンサCOの両端には二次側直流出力
電圧EOが得られるようになっている。この二次側直流
出力電圧EOは、図示しない負荷側に供給されるととも
に、次に説明する制御回路1のための検出電圧としても
分岐して入力される。
A secondary winding N2 is wound around the secondary side of the insulating converter transformer PIT. In this power supply circuit, a center tap is grounded to the secondary winding N2 as shown in the drawing. In the following description, the secondary winding N2 portion divided by the tap point will be referred to as "secondary winding N2a" and "secondary winding N2b" for the sake of explanation. Then, for this secondary winding N2, as shown in the drawing, rectifying diodes DO1 and D1 by Schottky diodes are provided.
A double-wave rectification circuit composed of O2 and the smoothing capacitor CO is formed, and the secondary side DC output voltage EO is obtained at both ends of the smoothing capacitor CO. This secondary side DC output voltage EO is supplied to a load side not shown and is also branched and input as a detection voltage for the control circuit 1 described next.

【0013】制御回路1は、二次側直流出力電圧EOの
レベル変化に応じて可変の直流電流を生成し、フォトカ
プラPCを介して発振ドライブ回路11に供給する。発
振ドライブ回路11では、フォトカプラPCを介して入
力された制御回路1の出力に応じて、スイッチング素子
Q1,Q2のスイッチング周波数が可変されるようにして
スイッチング駆動する。このようにしてスイッチング素
子Q1,Q2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のレベルが安定化されることに
なる。なお、この制御回路1の定電圧制御動作によって
は、二次側直流出力電圧EOのレベルとして、上記した
ようにEO=15Vのレベルが維持されるようになる。
The control circuit 1 generates a variable DC current according to the level change of the secondary side DC output voltage EO, and supplies it to the oscillation drive circuit 11 via the photocoupler PC. In the oscillation drive circuit 11, switching drive is performed such that the switching frequencies of the switching elements Q1 and Q2 are changed according to the output of the control circuit 1 input via the photocoupler PC. By changing the switching frequencies of the switching elements Q1 and Q2 in this way,
The level of the secondary side DC output voltage EO will be stabilized. Depending on the constant voltage control operation of the control circuit 1, the level of the secondary side DC output voltage EO is maintained at the level of EO = 15V as described above.

【0014】図10は、図8に示した電源回路における
要部の動作をスイッチング周期により示す波形図であ
る。なお、この図においては交流入力電圧VAC=100
V、負荷電力Po=75W時の動作波形を示している。
この図において、スイッチング素子Q2のスイッチング
動作は、スイッチング素子Q2のソース−ドレイン間電
圧VQ2、及びスイッチング素子Q2のスイッチング電流
IQ2により示される。つまり、スイッチング素子Q2が
オフとなる期間TOFFにおいては、スイッチング電流IQ
2は0レベルになると共に、ソース−ドレイン間電圧VQ
2としては、整流平滑電圧Eiによりクランプされたレ
ベルが得られることになる。これに対して、スイッチン
グ素子Q2がオンとなる期間TONにおいては、図示する
波形によりスイッチング電流IQ2が流れると共に、ソー
ス−ドレイン間電圧VQ2は0レベルとなる。このスイッ
チング電流IQ2は、期間TONにおいて一次巻線N1に流
れる一次巻線電流I1として流れるものとなる。なお、
ここでは図示していないが、スイッチング素子Q1は、
スイッチング素子Q2と交互となるタイミングでオン/
オフ動作していることから、スイッチング素子Q1のソ
ース−ドレイン間電圧、及びスイッチング電流は、スイ
ッチング素子Q2のソース−ドレイン間電圧VQ2及びス
イッチング電流IQ2をほぼ180°移相した波形となる
ものである。したがって、スイッチング素子Q1側がオ
ンとなる期間TOFFにおける一次巻線電流I1の波形部分
が、スイッチング素子Q1のスイッチング電流として流
れるものとなる。
FIG. 10 is a waveform diagram showing the operation of the main part of the power supply circuit shown in FIG. 8 by the switching cycle. In this figure, the AC input voltage VAC = 100
The operation waveforms when V and load power Po = 75 W are shown.
In this figure, the switching operation of the switching element Q2 is shown by the source-drain voltage VQ2 of the switching element Q2 and the switching current IQ2 of the switching element Q2. That is, during the period TOFF when the switching element Q2 is off, the switching current IQ
2 becomes 0 level, and the source-drain voltage VQ
For 2, the level clamped by the rectified and smoothed voltage Ei is obtained. On the other hand, during the period TON in which the switching element Q2 is on, the switching current IQ2 flows according to the waveform shown in the figure, and the source-drain voltage VQ2 becomes 0 level. The switching current IQ2 flows as the primary winding current I1 flowing through the primary winding N1 in the period TON. In addition,
Although not shown here, the switching element Q1 is
ON / OFF at alternating timing with switching element Q2
Since the switching element Q1 is off, the source-drain voltage and the switching current of the switching element Q1 have a waveform obtained by shifting the source-drain voltage VQ2 and the switching current IQ2 of the switching element Q2 by approximately 180 °. . Therefore, the waveform portion of the primary winding current I1 during the period TOFF during which the switching element Q1 side is turned on flows as the switching current of the switching element Q1.

【0015】上記一次巻線電流I1が流れることに伴
い、二次巻線N2に生じる二次巻線電圧V2としては、図
するように一次巻線電流I1の周期に対応した波形が得
られるようになる。そして、この二次巻線電圧V2とし
ては、絶対値レベルが二次側直流出力電圧EOのレベル
でクランプされた波形が得られる。また、整流ダイオー
ドDO1に流れる整流電流ID1、及び整流ダイオードDO2
に流れる整流電流ID2としては図示するような波形が得
られ、これらの波形より、整流ダイオードDO1、DO2は
それぞれ交互にオン/オフするようにされていることが
わかる。
As the secondary winding voltage V2 generated in the secondary winding N2 as the primary winding current I1 flows, a waveform corresponding to the cycle of the primary winding current I1 is obtained as shown in the figure. become. Then, as the secondary winding voltage V2, a waveform whose absolute value level is clamped at the level of the secondary side DC output voltage EO is obtained. Further, the rectification current ID1 flowing in the rectification diode DO1 and the rectification diode DO2
A waveform as shown in the figure is obtained as the rectification current ID2 flowing in the rectification current ID2. From these waveforms, it is understood that the rectification diodes DO1 and DO2 are alternately turned on / off.

【0016】また、図8に示した構成による電源回路の
特性として、交流入力電圧VAC=100V、負荷電力P
o=15W〜75Wの変動に対するAC→DC電力変換
効率(ηAC→DC)を図11に示す。この図11に示
すように、図8の電源回路におけるAC→DC電力変換
効率(ηAC→DC)は、負荷電力Po=45W時に8
9.2%と最も高効率となり、負荷電力Po=45W時
に82.0%と最低になる。また、 最大負荷時とされ
る負荷電力Po=75W時には、AC→DC電力変換効
率(ηAC→DC)は88.5%となり、この場合にお
ける回路全体での電力損失は9.7Wに及ぶ。
As characteristics of the power supply circuit having the configuration shown in FIG. 8, AC input voltage VAC = 100V and load power P
FIG. 11 shows the AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) with respect to changes of o = 15 W to 75 W. As shown in FIG. 11, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) in the power supply circuit of FIG. 8 is 8 when the load power Po = 45 W.
The efficiency is the highest at 9.2%, and is the lowest at 82.0% when the load power Po = 45W. When the load power Po = 75 W, which is the maximum load, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) is 88.5%, and the power loss of the entire circuit in this case reaches 9.7 W.

【0017】なお、図8に示す電源回路として、上記図
10に示す動作及び図11に示す特性を得るのにあたっ
ては、次のように各部を選定している。 一次巻線N1=35T 二次巻線N2=二次巻線N2a+二次巻線N2b=8T+
8T=16T 一次側直列共振コンデンサC1=0.15μF 部分共振コンデンサCp=680pF
In order to obtain the operation shown in FIG. 10 and the characteristics shown in FIG. 11 as the power supply circuit shown in FIG. 8, each part is selected as follows. Primary winding N1 = 35T Secondary winding N2 = Secondary winding N2a + Secondary winding N2b = 8T +
8T = 16T Primary side series resonance capacitor C1 = 0.15 μF Partial resonance capacitor Cp = 680 pF

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】ところで、電源回路と
しては、電力変換効率はできるだけ高いことが好まし
い。しかしながら、図8に示す電源回路では、安定した
ZVS及びZCSの動作によって起動するために、交流
入力電圧VAC=90Vの最小入力電圧、及び最大負荷電
力Po=75Wの条件においても、スイッチング周波数
fsについて共振周波数fo1よりも高い所要の周波数
が維持されるようにして、二次側直流出力電圧EO=1
5Vで安定化するようにしなければならない。このため
に、一次側直列共振コンデンサC1については、0.1
5μFを選定し、かつ、絶縁コンバータトランスPIT
については、0.5mm〜1mm程度のギャップを形成
して結合係数k=0.8程度の疎結合の状態を得るよう
にしなければならない。
By the way, it is preferable that the power supply circuit has as high a power conversion efficiency as possible. However, in the power supply circuit shown in FIG. 8, in order to start up by the stable operation of ZVS and ZCS, the switching frequency fs is maintained even under the condition of the minimum input voltage of the AC input voltage VAC = 90V and the maximum load power Po = 75W. The secondary side DC output voltage EO = 1 so that the required frequency higher than the resonance frequency fo1 is maintained.
It must be stabilized at 5V. For this reason, the primary side series resonance capacitor C1 is set to 0.1
Select 5μF and Isolation Converter Transformer PIT
For the above, it is necessary to form a gap of about 0.5 mm to 1 mm to obtain a loosely coupled state with a coupling coefficient k of about 0.8.

【0019】すなわち、図8の回路の構成によると、上
記のようにして一次側巻線と二次側巻線とを疎結合の状
態にしていることから、自ずとAC→DC電力変換効率
(ηAC→DC)の向上には限界があるものである。具体的
には、例えば負荷電力Po=75W、交流入力電圧VAC
=100V時のAC→DC電力変換効率(ηAC→DC)
は、図11によっても説明したように88.5%程度が
限界となる。
That is, according to the circuit configuration of FIG. 8, since the primary winding and the secondary winding are loosely coupled as described above, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC → There is a limit to the improvement of DC). Specifically, for example, load power Po = 75 W, AC input voltage VAC
= AC → DC power conversion efficiency at 100V (ηAC → DC)
Is limited to about 88.5% as described with reference to FIG.

【0020】また、図8の回路のように、二次側直流出
力電圧EOとしてEO=15Vの比較的低圧の直流電圧を
出力するようにされる場合、最大負荷時とされる負荷電
力Po=75W時には、負荷側には5Aの負荷電流が流
れていることになる。すなわち、これに伴っては、整流
ダイオードDO1、DO2に流れる整流電流ID1及びID2の
ピークレベルが、図10に示すように6.8Apと過大
になってしまう。また、この場合には、一次側に流れる
共振電流のレベルも過大となり、これは、図10に示す
スイッチング素子Q2、(Q1)に流れるスイッチング電
流IQ2のピークレベルが5Ap−pとなっていることか
らもわかる。従って、この場合、スイッチング素子Q
1、及びQ2、及び絶縁コンバータトランスPITにおけ
る電力損失が増加してしまうものである。
When the secondary side DC output voltage EO is set to output a relatively low voltage DC voltage of EO = 15 V as in the circuit of FIG. 8, the load power Po = the maximum load. At 75 W, a load current of 5 A is flowing on the load side. That is, as a result, the peak level of the rectification currents ID1 and ID2 flowing through the rectification diodes DO1 and DO2 becomes 6.8 Ap, which is excessive, as shown in FIG. Further, in this case, the level of the resonance current flowing on the primary side also becomes excessive, which means that the peak level of the switching current IQ2 flowing through the switching elements Q2 and (Q1) shown in FIG. 10 is 5 Ap-p. You can see from Therefore, in this case, the switching element Q
1 and Q2, and the power loss in the isolation converter transformer PIT increases.

【0021】ここで、図8で示した回路は、上述もした
ようにACアダプタとして適用されるものであるが、こ
のようなACアダプタは、一般的に完全密閉された筐体
に収納されるものである。このため、上記のようにして
絶縁コンバータトランスPITと半導体(スイッチング
素子Q1及びQ2)における電力損失が増加することによ
っては、この電力損失に伴う発熱から回路を保護するた
めの機構が必要となる。この結果、図8の電源回路を適
用するACアダプタにおいては、その分、筐体の小型化
が図られないものとなっていた。
The circuit shown in FIG. 8 is applied as an AC adapter as described above, but such an AC adapter is generally housed in a completely sealed casing. It is a thing. Therefore, when the power loss in the insulating converter transformer PIT and the semiconductor (switching elements Q1 and Q2) increases as described above, a mechanism is required to protect the circuit from heat generation due to this power loss. As a result, in the AC adapter to which the power supply circuit of FIG. 8 is applied, the housing cannot be downsized accordingly.

【0022】また、上記したようにして絶縁コンバータ
トランスPITが疎結合の状態とされていることによっ
ては、絶縁コンバータトランスPITからの漏洩磁束の
発生レベルは高くなってしまう。このため、回路の実際
としては、絶縁コンバータトランスPITに銅板のショ
ートリングを設けるなどして対策することが必要にな
り、それだけ、絶縁コンバータトランスPITのコスト
アップ及び大型化を招くことになる。さらに、絶縁コン
バータトランスPITが疎結合の状態にある場合、ギャ
ップG近傍の一次側巻線と二次側巻線とは、いわゆるフ
リンジ磁束による渦電流損失によって温度上昇している
ために、信頼性の点で不利となる。
Further, since the insulating converter transformer PIT is in the loosely coupled state as described above, the generation level of the leakage magnetic flux from the insulating converter transformer PIT becomes high. Therefore, in actuality of the circuit, it is necessary to take countermeasures by providing a short ring of a copper plate on the insulating converter transformer PIT, which leads to an increase in cost and size of the insulating converter transformer PIT. Further, when the insulating converter transformer PIT is loosely coupled, the temperatures of the primary winding and the secondary winding near the gap G are increased due to eddy current loss due to so-called fringe magnetic flux. Is disadvantageous in terms of.

【0023】さらに、絶縁コンバータトランスPITの
中央磁脚にギャップGを形成するのにあたっては、例え
ばフェライト材のE型コアの中央磁脚を研磨するように
される。この場合、絶縁コンバータトランスPITを製
造するのに、研磨工程が追加されることとなってしまう
ので、その分コストアップになってしまうという問題も
生じる。
Further, in forming the gap G in the central magnetic leg of the insulating converter transformer PIT, the central magnetic leg of the E-shaped core made of, for example, a ferrite material is polished. In this case, since a polishing process is added to manufacture the insulating converter transformer PIT, there is a problem that the cost is increased accordingly.

【0024】[0024]

【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
に構成することとした。つまり、入力された直流入力電
圧を断続するようにしてスイッチング動作を行う電流共
振形のスイッチング手段と、上記スイッチング手段のス
イッチング出力を一次側から二次側に伝送するためのも
のであって、磁脚にギャップを形成していないE−E型
コア又はU−U字型コアに対して、少なくとも一次巻線
及び二次巻線を所要の巻数で巻装すると共に、これら一
次巻線と二次巻線とが所要以上の結合係数による密結合
の状態となるようにして構成される絶縁コンバータトラ
ンスとを備えるようにする。そして、少なくとも、上記
絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタン
ス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共
振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上
記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直
列共振回路と、上記スイッチング手段を形成する複数の
スイッチング素子のうち、所定のスイッチング素子に対
して並列に接続される部分共振コンデンサのキャパシタ
ンスと、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩
インダクタンス成分によって形成され、上記スイッチン
グ手段を形成する複数のスイッチング素子のターンオフ
期間に電圧共振動作を行う一次側部分電圧共振回路とを
備えるようにし、さらに、上記絶縁コンバータトランス
の二次巻線の漏洩インダクタンス成分と、この二次巻線
に対して並列に接続される二次側並列共振コンデンサの
キャパシタンスとによって形成される二次側並列共振回
路を備えるようにする。その上で、上記絶縁コンバータ
トランスの二次巻線における2つのタップ出力端子間に
得られる交番電圧を入力して整流動作を行って、二次側
直流出力電圧を生成するように構成された直流出力電圧
生成手段と、上記二次側直流出力電圧のレベルに応じ
て、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変
することで、二次側直流出力電圧に対する定電圧制御を
行うように構成された定電圧制御手段とを備えることと
した。
In view of the above problems, the present invention has a switching power supply circuit configured as follows. That is, a current resonance type switching means for performing a switching operation by intermittently inputting the input DC input voltage, and a means for transmitting the switching output of the switching means from the primary side to the secondary side, At least the primary winding and the secondary winding are wound with a required number of turns on the EE type core or the UU type core having no leg gaps, and the primary winding and the secondary winding are wound. An insulating converter transformer configured such that the winding and the winding are in a tightly coupled state with a coupling coefficient higher than a required value. Then, at least the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and the capacitance of the primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding are formed, and the operation of the switching means is a current resonance type. The primary side series resonance circuit and the capacitance of a partial resonance capacitor connected in parallel to a predetermined switching element among a plurality of switching elements forming the switching means, and the leakage inductance of the primary winding of the insulating converter transformer. A primary side partial voltage resonance circuit that performs a voltage resonance operation during the turn-off period of the plurality of switching elements that form the switching means, and further, the leakage inductance of the secondary winding of the isolation converter transformer. Ingredients and this So as comprising a secondary side parallel resonant circuit formed by the capacitance of the secondary side parallel resonant capacitor connected in parallel to the next winding. Then, the alternating voltage obtained between the two tap output terminals in the secondary winding of the insulation converter transformer is input to perform the rectification operation to generate the secondary side DC output voltage. A constant voltage configured to perform constant voltage control on the secondary side DC output voltage by varying the switching frequency of the switching means according to the output voltage generating means and the level of the secondary side DC output voltage. And a control means.

【0025】また、本発明ではスイッチング電源回路と
して以下のようにも構成することとした。すなわち、入
力された直流入力電圧を断続するようにしてスイッチン
グ動作を行う電流共振形のスイッチング手段と、上記ス
イッチング手段のスイッチング出力を一次側から二次側
に伝送するためのものであって、磁脚にギャップを形成
していないE−E型コア又はU−U字型コアに対して、
一次巻線、及び第1の二次巻線、及び上記第1の二次巻
線よりも巻線数の少ない第2の二次巻線をそれぞれ所要
の巻数で巻装すると共に、これら一次巻線と二次巻線と
が所要以上の結合係数による密結合の状態となるように
して構成される絶縁コンバータトランスとを備えるよう
にする。そして、少なくとも、上記絶縁コンバータトラ
ンスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次
巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャ
パシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段
の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路と、上記
スイッチング手段を形成する複数のスイッチング素子の
うち、所定のスイッチング素子に対して並列に接続され
る部分共振コンデンサのキャパシタンスと、上記絶縁コ
ンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分
によって形成され、上記スイッチング手段を形成する複
数のスイッチング素子のターンオフ期間に電圧共振動作
を行う一次側部分電圧共振回路とを備えるようにし、さ
らに、上記絶縁コンバータトランスの第1の二次巻線の
漏洩インダクタンス成分と、この第1の二次巻線に対し
て並列に接続される二次側並列共振コンデンサのキャパ
シタンスとによって形成される二次側並列共振回路を備
えるようにする。その上で、上記第2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って、二次側直流
出力電圧を生成するように構成された直流出力電圧生成
手段と、上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて、上
記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変するこ
とで、二次側直流出力電圧に対する定電圧制御を行うよ
うに構成された定電圧制御手段とを備えるようにした。
Further, in the present invention, the switching power supply circuit is configured as follows. That is, a current resonance type switching means for performing a switching operation by interrupting an input DC input voltage, and a means for transmitting the switching output of the switching means from the primary side to the secondary side, For EE type cores or U-U type cores that do not have gaps formed in the legs,
The primary winding, the first secondary winding, and the second secondary winding having a smaller number of windings than the first secondary winding are each wound with a required number of turns, and the primary winding An insulating converter transformer configured such that the wire and the secondary winding are in a tightly coupled state with a coupling coefficient higher than a required value. Then, at least the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and the capacitance of the primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding are formed, and the operation of the switching means is a current resonance type. The primary side series resonance circuit and the capacitance of a partial resonance capacitor connected in parallel to a predetermined switching element among a plurality of switching elements forming the switching means, and the leakage inductance of the primary winding of the insulating converter transformer. A primary side partial voltage resonance circuit that performs a voltage resonance operation during a turn-off period of a plurality of switching elements that form the switching means, and further includes a first secondary winding of the isolation converter transformer. Leakage inductance component of So as comprising a secondary side parallel resonant circuit formed by the capacitance of the secondary side parallel resonant capacitor connected in parallel with the first secondary winding. Then, the alternating voltage obtained in the second secondary winding is input to perform a rectifying operation to generate a secondary side DC output voltage; According to the level of the secondary side DC output voltage, by varying the switching frequency of the switching means, a constant voltage control means configured to perform constant voltage control for the secondary side DC output voltage is provided. .

【0026】上記各構成によれば、複合共振形コンバー
タとして、一次側は電流共振形スイッチングコンバータ
(スイッチング手段)と一次側部分電圧共振回路が組み
合わされた構成が採られ、そのうえで、二次側に対して
は、二次側並列共振回路が設けられる。電流共振形コン
バータとして上記した構成が採られることで、二次側の
共振回路により電力をまかなうことが可能となって、絶
縁コンバータトランスとしては、一次巻線と二次巻線と
が密結合となるようにしている。そして、このような複
合共振形コンバータとしての組み合わせを得ると共に、
上記のような密結合とされる絶縁コンバータトランスの
構造とを併せることで、これまでよりも電力変換効率を
高めることが可能になる。
According to each of the above constructions, as the composite resonance type converter, a construction in which a primary side current resonance type switching converter (switching means) and a primary side partial voltage resonance circuit are combined is adopted, and then, on the secondary side. On the other hand, a secondary side parallel resonance circuit is provided. By adopting the above-mentioned configuration as the current resonance type converter, it becomes possible to cover the electric power by the resonance circuit on the secondary side, and as the insulation converter transformer, the primary winding and the secondary winding are tightly coupled. I am trying to become. Then, while obtaining a combination as such a composite resonance type converter,
By combining with the structure of the insulating converter transformer that is tightly coupled as described above, it is possible to further improve the power conversion efficiency.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態とし
てのスイッチング電源回路の構成例を示している。この
図に示す電源回路は、例えばパーソナルコンピュータ、
或いは液晶テレビ等に専用のACアダプタに適用される
ものであり、後述するようにして負荷側に対し、例えば
15Vの低電圧の直流電圧を出力するようにされると共
に、負荷電力Po=75Wまでに対応するように設計さ
れるものである。また、この電源回路には、一次側スイ
ッチングコンバータとして、自励式による電流共振形コ
ンバータが備えられる。
1 shows an example of the configuration of a switching power supply circuit as an embodiment of the present invention. The power supply circuit shown in this figure is, for example, a personal computer,
Alternatively, it is applied to an AC adapter dedicated to a liquid crystal television, etc., and outputs a low-voltage DC voltage of, for example, 15 V to the load side as described later, and at the same time, up to load power Po = 75 W. It is designed to correspond to. Further, this power supply circuit is provided with a self-excited current resonance type converter as a primary side switching converter.

【0028】先ず、図1において、商用交流電源から直
流入力電圧(整流平滑電圧Ei)を生成するための整流
回路系としては、商用交流電源ACに対し、ブリッジ整
流回路Di及び1本の平滑コンデンサCiから成る全波
整流平滑回路が備えられる。従ってこの場合には、全波
整流動作によって、平滑コンデンサCiの両端に整流平
滑電圧Ei(直流入力電圧)が得られることになる。こ
の整流平滑電圧Eiは、交流入力電圧VACの等倍に対応
したレベルとなる。
First, in FIG. 1, as a rectifying circuit system for generating a DC input voltage (rectified and smoothed voltage Ei) from a commercial AC power source, a bridge rectifier circuit Di and one smoothing capacitor are provided for a commercial AC power source AC. A full-wave rectifying and smoothing circuit composed of Ci is provided. Therefore, in this case, the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) is obtained across the smoothing capacitor Ci by the full-wave rectification operation. The rectified and smoothed voltage Ei has a level corresponding to the same size as the AC input voltage VAC.

【0029】この図に示す一次側の自励式による電流共
振形コンバータとしては、図のように2つのスイッチン
グ素子Q1,Q2を備えて成る。この場合、スイッチング
素子Q1,Q2については、バイポーラトランジスタが選
定されている。これらスイッチング素子Q1,Q2は、ハ
ーフブリッジ結合方式によって接続されている。つま
り、スイッチング素子Q1のコレクタは、整流平滑電圧
Eiのライン(平滑コンデンサCiの正極端子)と接続
される。スイッチング素子Q1のエミッタは、スイッチ
ング素子Q2のコレクタと接続され、スイッチング素子
Q2のエミッタは一次側アースに対して接続される。
The self-exciting current resonance type converter on the primary side shown in this figure comprises two switching elements Q1 and Q2 as shown in the figure. In this case, bipolar transistors are selected as the switching elements Q1 and Q2. These switching elements Q1 and Q2 are connected by a half bridge coupling method. That is, the collector of the switching element Q1 is connected to the line of the rectified and smoothed voltage Ei (the positive terminal of the smoothing capacitor Ci). The emitter of switching element Q1 is connected to the collector of switching element Q2, and the emitter of switching element Q2 is connected to the primary side ground.

【0030】また、スイッチング素子Q1のベースに対
しては、ベース電流制限抵抗RB1−共振用コンデンサC
B1−駆動巻線NB1を直列接続して成る自励発振駆動回路
が接続される。ここで、共振用コンデンサCB1−駆動巻
線NB1の直列接続は、共振用コンデンサCB1のキャパシ
タンスと、駆動巻線NB1のインダクタンスによって直列
共振回路を形成しており、この直列共振回路の共振周波
数によってスイッチング周波数が決定される。また、ベ
ース電流制限抵抗RB1は、自励発振駆動回路からスイッ
チング素子Q1のベースに流すべき駆動信号としてのベ
ース電流レベルを調整する。
Further, with respect to the base of the switching element Q1, the base current limiting resistor RB1-resonance capacitor C
A self-excited oscillation drive circuit formed by connecting B1-drive winding NB1 in series is connected. Here, the series connection of the resonance capacitor CB1 and the drive winding NB1 forms a series resonance circuit by the capacitance of the resonance capacitor CB1 and the inductance of the drive winding NB1, and switching is performed by the resonance frequency of the series resonance circuit. The frequency is determined. Further, the base current limiting resistor RB1 adjusts the base current level as a drive signal to be flown from the self-excited oscillation drive circuit to the base of the switching element Q1.

【0031】また、スイッチング素子Q1のベース−エ
ミッタ間には、ダンパーダイオードDD1が図示する方向
によって接続されることで、オン期間における逆方向電
流経路を形成する。また、スイッチング素子Q1のコレ
クタ−ベース間には、起動時の電流をベースに流すため
の起動抵抗Rs1が接続される。
A damper diode DD1 is connected between the base and the emitter of the switching element Q1 in the direction shown in the drawing to form a reverse current path in the ON period. A starting resistor Rs1 is connected between the collector and the base of the switching element Q1 to allow a current at the time of starting to flow to the base.

【0032】同様にして、スイッチング素子Q2のベー
スに対しては、ベース電流制限抵抗RB2−共振用コンデ
ンサCB2−駆動巻線NB2を直列接続して成る自励発振駆
動回路が接続される。そして、共振用コンデンサCB2−
駆動巻線NB2によって、直列共振回路が形成される。ま
た、ベース−エミッタ間には、ダンパーダイオードDD2
が接続され、コレクタ−ベース間には起動抵抗Rs2が
接続される。
Similarly, the base of the switching element Q2 is connected to a self-excited oscillation drive circuit formed by serially connecting a base current limiting resistor RB2-resonance capacitor CB2-drive winding NB2. Then, the resonance capacitor CB2-
The drive winding NB2 forms a series resonant circuit. In addition, a damper diode DD2 is provided between the base and the emitter.
Is connected, and the starting resistor Rs2 is connected between the collector and the base.

【0033】また、スイッチング素子Q2 のコレクタ−
エミッタ間に対しては、並列に部分共振コンデンサCp
が接続されている。この部分共振コンデンサCpのキャ
パシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンス
成分L1によっては並列共振回路(部分電圧共振回路)
を形成する。そして、スイッチング素子Q1,Q2のター
ンオフ時にのみ電圧共振する、部分電圧共振動作が得ら
れるようになっている。
Further, the collector of the switching element Q2
A partial resonance capacitor Cp is connected in parallel between the emitters.
Are connected. Depending on the capacitance of the partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance component L1 of the primary winding N1, a parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit)
To form. Then, a partial voltage resonance operation is obtained in which the voltage resonates only when the switching elements Q1 and Q2 are turned off.

【0034】ドライブトランスPRT (Power Regulati
ng Transformer)はスイッチング素子Q1,Q2をスイッ
チング駆動すると共に、定電圧制御のためにスイッチン
グ周波数を可変制御するために設けられる。このドライ
ブトランスPRTは、駆動巻線NB1,NB2及び共振電流
検出巻線NAを巻回するとともに、更にこれらの各巻線
に対して制御巻線Ncが直交する方向に巻回された可飽
和リアクトルとされている。なお、駆動巻線NB1と、駆
動巻線NB2は、互いに逆極性の電圧が励起される巻方向
によって巻装されている。
Drive Transformer PRT (Power Regulati
The ng transformer) is provided for switching-driving the switching elements Q1 and Q2 and for variably controlling the switching frequency for constant voltage control. This drive transformer PRT has a drive winding NB1, NB2 and a resonance current detection winding NA wound thereon, and a saturable reactor in which a control winding Nc is wound in a direction orthogonal to each of these windings. Has been done. The drive winding NB1 and the drive winding NB2 are wound in the winding directions in which voltages of opposite polarities are excited.

【0035】絶縁コンバータトランスPIT (Power Is
olation Transformer)はスイッチング素子Q1 、Q2の
スイッチング出力を二次側に伝送する。この絶縁トラン
スPITの一次巻線N1の巻き終わり端部は、共振電流
検出巻線NAを介してスイッチング素子Q1のエミッタと
スイッチング素子Q2のコレクタの接点(スイッチング
出力点)に接続されることで、スイッチング出力が得ら
れるようにされる。
Insulation Converter Transformer PIT (Power Is
(Olation Transformer) transmits the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side. By connecting the winding end end of the primary winding N1 of the insulating transformer PIT to the contact (switching output point) of the emitter of the switching element Q1 and the collector of the switching element Q2 via the resonance current detection winding NA, A switching output is provided.

【0036】また、図示するように一次巻線N1の巻き
始め端部は、直列共振コンデンサC1を介して一次側ア
ースに接続されている。そして、上記直列共振コンデン
サC1のキャパシタンスと、一次巻線N1を含む絶縁コン
バータトランスPITのインダクタンス成分により、一
次側スイッチングコンバータの動作を電流共振形とする
ための一次側直列共振回路を形成している。このように
して、この図に示す一次側スイッチングコンバータとし
ては、電流共振形としての動作と、前述した部分電圧共
振動作とが複合的に得られていることになる。
As shown in the figure, the winding start end of the primary winding N1 is connected to the primary side ground via the series resonance capacitor C1. The capacitance of the series resonance capacitor C1 and the inductance component of the insulating converter transformer PIT including the primary winding N1 form a primary side series resonance circuit for making the operation of the primary side switching converter a current resonance type. . In this way, as the primary side switching converter shown in this figure, the current resonance type operation and the partial voltage resonance operation described above are obtained in a composite manner.

【0037】この電源回路のスイッチング動作として
は、例えば次のようになる。先ず商用交流電源ACが投
入されると、例えば起動抵抗Rs1,Rs2を介してスイ
ッチング素子Q1、Q2のベースに起動のためのベース電
流が供給されることになる。ここで、例えばドライブト
ランスPRTの駆動巻線NB1,NB2には、互いに逆極性
の電圧が励起されることになるので、スイッチング素子
Q1が先にオンとなったとすれば、スイッチング素子Q2
はオフとなるように制御される。そして、これら駆動巻
線NB1,NB2に励起された交番電圧を源として、スイッ
チング素子Q1,Q2の各自励発振駆動回路が、共振動作
による自励発振動作を行う。これにより、スイッチング
素子Q1,Q2が交互にオン/オフするように制御され
る。つまりスイッチング動作を行うことになる。そして
例えばスイッチング素子Q1がオンとなったときには、
そのスイッチング出力として、共振電流検出巻線NAを
介して一次巻線N1及び直列共振コンデンサC1に共振電
流が流れるが、この共振電流が0となる近傍で、スイッ
チング素子Q1がオフとなるとともに、スイッチング素
子Q2がオンとなる。これにより、スイッチング素子Q2
を介して先とは逆方向の共振電流が流れる。以降、ZV
S及びZCSにより、スイッチング素子Q1、Q2が交互
にオンとなる自励式のスイッチング動作が継続される。
また、スイッチング素子Q1,Q2がオン/オフ動作に伴
い、スイッチング素子Q1,Q2のターンオフ時の短期間
においては、部分共振コンデンサCpに電流が流れる。
つまり、部分電圧共振動作が得られる。
The switching operation of this power supply circuit is as follows, for example. First, when the commercial AC power supply AC is turned on, a base current for starting is supplied to the bases of the switching elements Q1, Q2 via the starting resistors Rs1, Rs2, for example. Here, for example, the drive windings NB1 and NB2 of the drive transformer PRT are excited with voltages of opposite polarities, so if the switching element Q1 is turned on first, the switching element Q2 is turned on.
Is controlled to be off. Then, each self-excited oscillation drive circuit of the switching elements Q1 and Q2 performs self-excited oscillation operation by resonance operation using the alternating voltage excited in these drive windings NB1 and NB2 as a source. As a result, the switching elements Q1 and Q2 are controlled to be turned on / off alternately. That is, the switching operation is performed. Then, for example, when the switching element Q1 is turned on,
As the switching output, a resonance current flows through the resonance current detection winding NA to the primary winding N1 and the series resonance capacitor C1. In the vicinity of the resonance current becoming 0, the switching element Q1 is turned off and the switching is performed. The element Q2 is turned on. As a result, the switching element Q2
A resonance current in the opposite direction to the above flows through. After that, ZV
The self-excited switching operation in which the switching elements Q1 and Q2 are alternately turned on by S and ZCS is continued.
Further, as the switching elements Q1 and Q2 are turned on / off, a current flows through the partial resonance capacitor Cp for a short period when the switching elements Q1 and Q2 are turned off.
That is, a partial voltage resonance operation can be obtained.

【0038】絶縁コンバータトランスPITの二次側に
は、二次巻線N2が備えられる。そして、この二次巻線
N2に対しては、図示するように二次側並列共振コンデ
ンサC2が並列に接続される。そして、この二次側並列
共振コンデンサC2のキャパシタンスと、二次巻線N2の
リーケージインダクタンスL2とによっては、二次側並
列共振回路が形成される。このため、絶縁コンバータト
ランスPITの二次巻線N2に交番電圧が励起されるこ
とによっては、二次側においても電圧共振動作が得られ
ることになる。つまり、図1に示す電源回路は、電流共
振形コンバータとして、一次側では電流共振動作及び部
分電圧共振動作が得られると共に、二次側においては電
圧共振動作が得られるように構成されていることにな
る。
A secondary winding N2 is provided on the secondary side of the insulating converter transformer PIT. A secondary side parallel resonance capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2 as shown in the figure. A secondary side parallel resonance circuit is formed by the capacitance of the secondary side parallel resonance capacitor C2 and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2. Therefore, when the alternating voltage is excited in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT, the voltage resonance operation is also obtained on the secondary side. That is, the power supply circuit shown in FIG. 1 is configured as a current resonance type converter so that current resonance operation and partial voltage resonance operation can be obtained on the primary side and voltage resonance operation can be obtained on the secondary side. become.

【0039】また、上記二次巻線N2には、図示するよ
うに3つのタップ出力端子が設けられる。なお、以下で
は、これらのタップ点により分けられたこの二次巻線N
2部分を、その巻き始め側から順に二次巻線N3b、N2
b、N2a、N3aと呼ぶこととする。
Further, the secondary winding N2 is provided with three tap output terminals as shown in the drawing. In the following, this secondary winding N divided by these tap points
2 parts, in order from the winding start side, the secondary windings N3b, N2
b, N2a, N3a.

【0040】ここで、この図1に示す電源回路に設けら
れる絶縁コンバータトランスPITの構造例を、図2及
び図3の断面図を用いて説明する。図2は一対のE型コ
アを用いた構造例である。絶縁コンバータトランスPI
Tのコアとしては、図示するようにして、2つのE型コ
アCR1,CR2の互いの磁脚の端部を対向させるよう
にして組み合わせることで、EE形コアを形成する。ま
た、この場合、E形コアCR1,CR2の各中央磁脚が
対向する面にギャップは形成されない。そして、図示す
るように一次/二次分割ボビンBを用いるようにしたう
えで、一次側の巻装領域に対しては一次巻線N1を巻装
し、さらに二次側の巻装領域には、上記したように内側
から二次巻線N3b、N2b、N2a、N3aの順となるよ
うに二次巻線N2を巻装するようにされる。なお、E形
コアCR1,CR2には、例えばフェライト材を用いる
ようにされる。
Here, a structural example of the insulating converter transformer PIT provided in the power supply circuit shown in FIG. 1 will be described with reference to the sectional views of FIGS. FIG. 2 is a structural example using a pair of E-shaped cores. Insulation converter transformer PI
As the core of T, as shown in the drawing, an EE-shaped core is formed by combining two E-shaped cores CR1 and CR2 such that the ends of the magnetic legs face each other. Further, in this case, no gap is formed on the surfaces of the E-shaped cores CR1 and CR2 facing the central magnetic legs. Then, as shown in the figure, the primary / secondary split bobbin B is used, the primary winding N1 is wound on the primary winding area, and the secondary winding area is further wound on the secondary winding area. As described above, the secondary winding N2 is wound in the order of the secondary windings N3b, N2b, N2a, N3a from the inside. A ferrite material, for example, is used for the E-shaped cores CR1 and CR2.

【0041】図3は一対のU型コアを用いた構造例であ
る。この場合、絶縁コンバータトランスPITでは、そ
のコアとして、図3に示すように、それぞれ2本の磁脚
を有するU型コアCR11、CR12が組み合わされ、
U−U型コアを形成するようにされる。さらに、このよ
うにして形成されるU−U型コアの一方の磁脚に対して
は、一次巻線N1と二次巻線N2(N3b、N2b、N2
a、N3a)とを図2の場合と同様に巻装したボビンB
が取り付けられる。また、上記のように形成されるU−
U型コアの中央磁脚に対し、ギャップを形成しないよう
にしている。
FIG. 3 shows an example of structure using a pair of U-shaped cores. In this case, in the insulating converter transformer PIT, as its core, as shown in FIG. 3, U-shaped cores CR11 and CR12 each having two magnetic legs are combined,
It is adapted to form a U-U type core. Further, with respect to one of the magnetic legs of the U-U type core thus formed, the primary winding N1 and the secondary winding N2 (N3b, N2b, N2
a, N3a) and bobbin B wound in the same manner as in FIG.
Is attached. In addition, U- formed as described above
No gap is formed in the central magnetic leg of the U-shaped core.

【0042】このように、本実施の形態では、コアの中
央磁脚に対してギャップを形成しないようにしている。
そして、このようにコアの磁脚にギャップを形成しない
ようにした上で、例えば上記一次巻線N1及び二次巻線
N2のそれぞれの巻線幅を従来よりも狭く巻装すること
で、結合係数k=0.95程度の密結合となる結合度を
得るようにされている。
As described above, in this embodiment, no gap is formed in the central magnetic leg of the core.
The gap is not formed in the magnetic leg of the core in this way, and the winding width of each of the primary winding N1 and the secondary winding N2 is narrower than that of the conventional winding, thereby coupling It is designed to obtain a tight coupling degree with a coefficient k of about 0.95.

【0043】ここで、例えば先行技術の電源回路では、
絶縁コンバータトランスPITについて疎結合の状態と
することで、中間負荷時における異常発振を抑止してい
た。これに対して、本実施の形態の電源回路では、二次
側に備えられる並列共振回路の共振動作によって、中間
負荷時に異常発振が生じないようにしている。つまり
は、このようにすることで、絶縁コンバータトランスP
ITを密結合の状態となるように構成しても、電源回路
の動作上での問題は生じないことになる。
Here, for example, in the prior art power supply circuit,
By setting the isolation converter transformer PIT in a loosely coupled state, abnormal oscillation during an intermediate load was suppressed. On the other hand, in the power supply circuit of this embodiment, the resonance operation of the parallel resonance circuit provided on the secondary side prevents abnormal oscillation from occurring at an intermediate load. In other words, by doing this, the insulation converter transformer P
Even if the IT is configured to be in the tightly coupled state, no problem occurs in the operation of the power supply circuit.

【0044】図1において、上記二次巻線N2に対して
接続された、上記二次巻線N2aと二次巻線N2bとを分
割するタップは、二次側アースに対して接地される。そ
して、図示するように、二次巻線N2aと二次巻線N3a
とを分割するタップに対しては整流ダイオードDO1が、
また二次巻線N2bと二次巻線N3bとを分割するタップ
に対しては整流ダイオードDO2がそれぞれ接続される。
さらに、これら整流ダイオードDO1及びDO2は、それぞ
れ平滑コンデンサCOの正極端子に接続される。これら
整流ダイオードDO1及びDO2、及び平滑コンデンサCO
によっては、両波整流平滑回路が形成されており、上記
平滑コンデンサCOの両端には、上記二次巻線N2aと二
次巻線N2bの部分に得られた交番電圧を元とする二次
側直流出力電圧EOが得られるようになる。本実施の形
態の場合、この二次側直流出力電圧EOとしては、EO=
15Vの直流電圧を生成するようにされる。また、この
二次側直流出力電圧EOは、図示しない負荷に対して供
給されると共に、次に説明する制御回路1のための検出
電圧としても分岐して入力される。
In FIG. 1, the tap that is connected to the secondary winding N2 and divides the secondary winding N2a and the secondary winding N2b is grounded to the secondary side ground. Then, as shown, the secondary winding N2a and the secondary winding N3a
Rectifier diode DO1 is attached to the tap that divides and
Further, rectifying diodes D02 are connected to the taps that divide the secondary winding N2b and the secondary winding N3b.
Further, these rectifying diodes DO1 and DO2 are respectively connected to the positive terminal of the smoothing capacitor CO. These rectifying diodes DO1 and DO2, and the smoothing capacitor CO
In some cases, a double-wave rectifying / smoothing circuit is formed, and a secondary side based on the alternating voltage obtained at the secondary winding N2a and the secondary winding N2b is provided at both ends of the smoothing capacitor CO. The DC output voltage EO can be obtained. In the case of the present embodiment, the secondary side DC output voltage EO is EO =
It is adapted to generate a DC voltage of 15V. Further, the secondary side DC output voltage EO is supplied to a load (not shown) and is also branched and input as a detection voltage for the control circuit 1 described next.

【0045】制御回路1は二次側直流出力電圧EOのレ
ベル変化に応じ、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PR
T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メインスイッチング素子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、メインスイッチング素子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。
The control circuit 1 changes the level of the control current (DC current) flowing through the control winding NC in accordance with the level change of the secondary side DC output voltage EO, so that the orthogonal control transformer PR
The inductance LB of the drive winding NB wound around T is variably controlled. As a result, the resonance condition of the series resonance circuit in the self-excited oscillation drive circuit for the main switching element Q1 formed including the inductance LB of the drive winding NB changes. This is an operation for varying the switching frequency of the main switching element Q1, and this operation stabilizes the DC output voltage on the secondary side.

【0046】なお、上記構成における要部の部品素子に
ついては、下記のように選定することとした。 一次巻線N1=33T(ターン) 二次巻線N2a=二次巻線N2b=8T 二次巻線N3a=二次巻線N3b=25T 一次側直列共振コンデンサC1=0.18μF 部分共振コンデンサCp=680pF 二次側並列共振コンデンサC2=1500pF
The essential parts and elements of the above-mentioned structure are selected as follows. Primary winding N1 = 33T (turn) Secondary winding N2a = Secondary winding N2b = 8T Secondary winding N3a = Secondary winding N3b = 25T Primary side series resonance capacitor C1 = 0.18 μF Partial resonance capacitor Cp = 680pF Secondary side parallel resonance capacitor C2 = 1500pF

【0047】図4の波形図は、上記図1に示した構成に
よる電源回路についての要部の動作を示している。な
お、この図に示す動作波形は、交流入力電圧VAC=10
0V系で、負荷電力Po=75Wの条件のもとでの測定
結果を示している。この図において、スイッチング素子
Q2は、期間TONにおいてオンとなり、期間TOFFにおい
てオフとなるようにスイッチング動作を行う。そして、
スイッチング素子Q2に流れるスイッチング電流IQ2
は、図示するようにして、期間TOFFにおいては0レベ
ルで、期間TONにおいては、先ず、開始時においてダン
パーダイオードDD2からスイッチング素子Q2のベース
→コレクタを介して負極正方向にダンパー電流が流れ、
この後、コレクタ−エミッタを介して流れる波形とな
る。
The waveform diagram of FIG. 4 shows the operation of the main part of the power supply circuit having the configuration shown in FIG. The operation waveforms shown in this figure are AC input voltage VAC = 10
The measurement result is shown under the condition of load power Po = 75W in 0V system. In this figure, the switching element Q2 performs a switching operation so that it is turned on in the period TON and turned off in the period TOFF. And
Switching current IQ2 flowing through switching element Q2
As shown in the figure, during the period TOFF, it is 0 level, and during the period TON, first, at the start, the damper current flows from the damper diode DD2 to the positive polarity in the negative direction via the base → collector of the switching element Q2.
After this, a waveform flows through the collector-emitter.

【0048】また、スイッチング素子Q2のコレクタ−
エミッタ間電圧VQ2は、期間TOFFにおいては整流平滑
電圧Ei(直流入力電圧)のレベルでクランプされたパ
ルスとなり、期間TONにおいては、0レベルとなる波形
が得られる。なお、スイッチング素子Q1は、スイッチ
ング素子Q2に対して交互にオン/オフするタイミング
でスイッチングしている。従って、スイッチング素子Q
1のスイッチング電流及びコレクタ−エミッタ間電圧と
しては、上記スイッチング電流IQ2及びコレクタ−エミ
ッタ間電圧VQ2と同じ波形形状とされたうえで、ほぼ1
80°移相されたものとなる。
Further, the collector of the switching element Q2
The emitter-to-emitter voltage VQ2 becomes a pulse clamped at the level of the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) in the period TOFF, and has a waveform of 0 level in the period TON. The switching element Q1 is switched with respect to the switching element Q2 at the timing of being alternately turned on / off. Therefore, the switching element Q
The switching current and the collector-emitter voltage of 1 have substantially the same waveform shapes as the switching current IQ2 and the collector-emitter voltage VQ2.
The phase is shifted by 80 °.

【0049】そして、この図においては一次巻線N1に
スイッチング出力として流れる一次巻線電流I1が示さ
れている。この一次巻線電流I1は、スイッチング素子
Q1,Q2のスイッチング動作に応じて、一次側直列共振
回路(C1−N1)の直列共振回路の共振動作によって得
られる共振電流である。そして、この一次巻線電流I1
は、スイッチング素子Q1がオフでスイッチング素子Q2
がオンとなる期間TONにおいては、スイッチング素子Q
2のスイッチング電流IQ2としてスイッチング素子Q2に
流れることになる。また、スイッチング素子Q2がオフ
でスイッチング素子Q12がオンとなる期間TOFFにおい
ては、スイッチング素子Q1のスイッチング電流として
スイッチング素子Q1に流れることになる。
The primary winding current I1 flowing through the primary winding N1 as a switching output is shown in this figure. The primary winding current I1 is a resonance current obtained by the resonance operation of the series resonance circuit of the primary side series resonance circuit (C1-N1) according to the switching operation of the switching elements Q1 and Q2. Then, this primary winding current I1
The switching element Q1 is off and the switching element Q2 is
During the period TON when the switching element is turned on, the switching element Q
The second switching current IQ2 flows through the switching element Q2. Further, during the period TOFF in which the switching element Q2 is off and the switching element Q12 is on, the switching current of the switching element Q1 flows to the switching element Q1.

【0050】このように一次巻線電流I1が流れること
により、二次巻線N2に生じる二次巻電圧V3としては、
図示するような波形が得られるようになる。また、上記
二次巻線N2のうち、二次巻線N2aと二次巻線N2bの
部分において得られる電圧V2としては、図示するよう
に上記二次巻線電圧V3に対応した波形が得られるよう
になる。また、整流ダイオードDO1に流れる整流電流I
D1、及び整流ダイオードDO2に流れる整流電流ID2とし
ては図示するような波形が得られ、これらの波形より、
整流ダイオードDO1、DO2はそれぞれ交互にオン/オフ
するようにされていることがわかる。
The secondary winding voltage V3 generated in the secondary winding N2 by the primary winding current I1 flowing in this manner is as follows.
The waveform as shown can be obtained. Further, as the voltage V2 obtained at the secondary winding N2a and the secondary winding N2b of the secondary winding N2, a waveform corresponding to the secondary winding voltage V3 is obtained as shown in the figure. Like In addition, the rectified current I flowing through the rectifier diode DO1
The waveforms shown in the figure are obtained as the rectification current ID2 flowing through D1 and the rectification diode DO2. From these waveforms,
It can be seen that the rectifier diodes DO1 and DO2 are alternately turned on / off.

【0051】ここで、図1に示す本実施の形態としての
電源回路と、図8に示した先行技術としての電源回路と
における、AC→DC電力変換効率特性について比較し
てみる。図5は、交流入力電圧VAC=100V、負荷電
力Po=15〜75の変動に対する本実施の形態の電源
回路におけるAC→DC電力変換特性(ηAC→DC)
を示す図である。なお、図中の破線は、同条件下におけ
る図8の回路のAC→DC電力変換特性(ηAC→D
C)を示すものである。この図に示すように、最大負荷
電力Po=75W時においては、図8に示した先行技術
の電源回路がηAC→DC=88.5%であったのに対
して、図1の電源回路はηAC→DC=91.3%であ
り、2.8%の向上が図られている。また、この際の電
力損失は、図8の回路が9.7Wであったのに対し、図
1の回路では7.1Wとなり、この結果図1の回路では
2.6Wの電力損失の低減が図られるようになる。
Here, the AC → DC power conversion efficiency characteristics of the power supply circuit according to the present embodiment shown in FIG. 1 and the power supply circuit according to the prior art shown in FIG. 8 will be compared. FIG. 5 shows AC → DC power conversion characteristics (ηAC → DC) in the power supply circuit of the present embodiment with respect to changes in the AC input voltage VAC = 100V and the load power Po = 15 to 75.
FIG. The broken line in the figure indicates the AC → DC power conversion characteristic (ηAC → D) of the circuit of FIG. 8 under the same conditions.
It shows C). As shown in this figure, when the maximum load power Po = 75 W, the power supply circuit of the prior art shown in FIG. 8 was ηAC → DC = 88.5%, whereas the power supply circuit of FIG. ηAC → DC = 91.3%, which is an improvement of 2.8%. Further, the power loss at this time was 9.7 W in the circuit of FIG. 8, whereas it was 7.1 W in the circuit of FIG. 1, and as a result, the power loss of the circuit of FIG. 1 was reduced by 2.6 W. It will be planned.

【0052】また、このことは、図1の回路の波形図で
ある図4と、図8の先行技術としての回路の波形図であ
る図10との比較によっても示されている。まず、図1
0に示すように、図8の先行技術としての回路では、交
流入力電圧VAC=100V、負荷電力Po=75Wの条
件下において、一次側共振電流I1のピークレベルは5
A−Ap、スイッチング電流IQ2のピークレベルが2.
5Ap、整流電流ID1、及び整流電流ID2のピークレベ
ルは共に6.8Apである。これに対し、図1の回路で
は、同条件下において、一次側共振電流I1のピークレ
ベルが3.6A−Ap、スイッチング電流IQ2のピーク
レベルが1.8Apとなり、これら次側共振電流I1、
及びスイッチング電流IQ2のピークレベルは共に28%
低減することとなる。また、図示するように整流電流I
D1、及び整流電流ID2のピークレベルについては、共に
5.8Apに低減されている。このように、これら図4
と図10の比較からも、図1の回路においては、電力損
失が低減し、電力変換効率の向上が図られていることが
わかる。
This is also shown by comparing FIG. 4 which is a waveform diagram of the circuit of FIG. 1 and FIG. 10 which is a waveform diagram of the circuit of the prior art of FIG. First, Fig. 1
As shown in FIG. 0, in the circuit as the prior art of FIG. 8, the peak level of the primary side resonance current I1 is 5 under the conditions of the AC input voltage VAC = 100V and the load power Po = 75W.
A-Ap, the peak level of the switching current IQ2 is 2.
The peak levels of 5 Ap, rectified current ID1, and rectified current ID2 are both 6.8 Ap. On the other hand, in the circuit of FIG. 1, under the same conditions, the peak level of the primary side resonance current I1 is 3.6A-Ap and the peak level of the switching current IQ2 is 1.8Ap.
And the peak level of switching current IQ2 is 28%.
Will be reduced. Further, as shown in the figure, the rectified current I
The peak levels of D1 and the rectified current ID2 are both reduced to 5.8 Ap. Thus, these FIG.
From the comparison between FIG. 10 and FIG. 10, it can be seen that the circuit of FIG. 1 has reduced power loss and improved power conversion efficiency.

【0053】このようにして電力変換効率が向上してい
るのは、絶縁コンバータトランスPITが密結合とされ
ていることと、二次側並列共振コンデンサC2を設けて
二次側にも電圧共振動作を得るようにしたことによる。
In this way, the power conversion efficiency is improved because the insulating converter transformer PIT is tightly coupled, and the secondary side parallel resonance capacitor C2 is provided to perform the voltage resonance operation also on the secondary side. It depends on what you got.

【0054】また、本実施の形態においては、上記のよ
うに絶縁コンバータトランスPITを密結合とするため
に、コアの磁脚にギャップを形成しないようにしている
ものである。そして、このように絶縁コンバータトラン
スPITにおいてギャップを形成しないのであれば、製
造にあたりギャップを形成するための工程は不要となる
ので、それだけ製造工程が簡略化され、コストダウンを
図ることが可能になる。また、密結合とされることで、
絶縁コンバータトランスPITからの漏洩磁束も低減さ
れるので、例えば銅板によるショートリングを絶縁コン
バータトランスPITに巻回して施す必要もなくなる。
この点でも、絶縁コンバータトランスPITの製造工程
が簡略化され、また、コストダウンが促進されることに
なる。さらに、ギャップが無くなったことで、絶縁コン
バータトランスPITの巻線の局部的な温度上昇の問題
も解消され、それだけ信頼性が向上することにもなる。
Further, in the present embodiment, in order to make the insulating converter transformer PIT tightly coupled as described above, no gap is formed in the magnetic leg of the core. Then, if the gap is not formed in the insulating converter transformer PIT as described above, the step for forming the gap is not necessary in the manufacturing, so that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. . Also, by being tightly coupled,
Since the leakage flux from the insulating converter transformer PIT is also reduced, it is not necessary to wind a short ring made of, for example, a copper plate around the insulating converter transformer PIT.
Also in this respect, the manufacturing process of the insulating converter transformer PIT is simplified, and the cost reduction is promoted. Further, since the gap is eliminated, the problem of local temperature rise of the winding of the insulating converter transformer PIT is solved, and the reliability is improved accordingly.

【0055】ここで、図1に示した電源回路の回路構成
についての変形例として、二次側の構成を図6に示して
おく。図6に示す構成においては、図1で説明した二次
巻線N2の二次巻線N2a及びN2bと、二次巻線N3a及
びN3bとを分離し、それぞれ別の独立した巻線を形成
するようにされる。そして、これにより、図示するよう
に二次巻線N2の二次巻線N2a及びN2bは二次側直流
出力電圧EOを生成するための整流平滑回路系の巻線
に、また二次巻線N3を二次側並列共振回路系の巻線に
それぞれ分離されるようにするものである。この場合、
これらの巻線は、図7の断面図に示すようにして巻装さ
れる。すなわち、図のように、先ずボビンBの二次側の
巻装領域に対して二次巻線N2b及びN2aが内側となる
ように巻装する。そして、その外側に二次巻線N3を巻
装するようにされるものである。なお、この場合のコア
としては、図1の回路の場合と同様、図示するE型コア
CR1及びE型コアCR2によるE−E型コアの他、U
型コア11及びU型コア12によるU−U型コアを用い
ることも可能である。
Here, as a modification of the circuit configuration of the power supply circuit shown in FIG. 1, the configuration on the secondary side is shown in FIG. In the configuration shown in FIG. 6, the secondary windings N2a and N2b of the secondary winding N2 described in FIG. 1 and the secondary windings N3a and N3b are separated to form separate independent windings. To be done. As a result, as shown in the figure, the secondary windings N2a and N2b of the secondary winding N2 are connected to the windings of the rectifying and smoothing circuit system for generating the secondary side DC output voltage EO, and the secondary winding N3. Are separated into windings of the secondary side parallel resonance circuit system. in this case,
These windings are wound as shown in the sectional view of FIG. That is, as shown in the drawing, first, the secondary windings N2b and N2a are wound inside the winding region on the secondary side of the bobbin B. Then, the secondary winding N3 is wound on the outer side thereof. As the core in this case, as in the case of the circuit of FIG. 1, in addition to the EE type core by the E type core CR1 and the E type core CR2 shown in the figure, a U
It is also possible to use a U-U type core formed by the type core 11 and the U type core 12.

【0056】この図6の回路において、上記二次巻線N
3としては、一次巻線N1とほぼ同等の巻き線数とされ
る。また、二次側における各巻線に用いられる線材とし
ては、上記二次巻線N2a及びN2bには60μφ/18
0束のリッツ線、二次巻線N3には60μφ/60束の
リッツ線が選定される。そして、二次側をこのように構
成した場合においても、図1と同等の効果が得られるよ
うにものである
In the circuit of FIG. 6, the secondary winding N
As for 3, the number of windings is almost equal to that of the primary winding N1. The wire used for each winding on the secondary side is 60 μφ / 18 for the secondary windings N2a and N2b.
The litz wire of 0 bundle and the litz wire of 60 μφ / 60 bundle are selected for the secondary winding N3. Even when the secondary side is configured in this way, the same effect as that of FIG. 1 can be obtained.

【0057】なお、本発明としてのスイッチング電源回
路としては、これまで説明した各実施の形態としての構
成に限定されるものではなく、例えば、要部の部品素子
の定数などは適宜、各種条件に応じて適切な値に変更さ
れればよい。また、例えば一次側スイッチングコンバー
タに用いられるスイッチング素子としては、各回路図に
示したバイポーラトランジスタのほか、MOS−FET
やIGBTなどが採用されて構わない。また、MOS−
FETやIGBTなどが採用される際には、他励式によ
り駆動する構成とされてもよいものである。
The switching power supply circuit according to the present invention is not limited to the configuration of each of the embodiments described above, and, for example, the constants of the component elements of the main part may be appropriately set under various conditions. It may be changed to an appropriate value depending on the situation. Further, for example, as a switching element used in the primary side switching converter, in addition to the bipolar transistor shown in each circuit diagram, a MOS-FET
Or IGBT may be adopted. In addition, MOS-
When an FET, an IGBT, or the like is adopted, it may be configured to be driven by a separately excited type.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、複合
共振形コンバータとして、一次側においては、電流共振
形コンバータに部分電圧共振回路を組み合わせるように
し、また、二次側に対しては二次側並列共振回路を構成
している。そして、絶縁コンバータトランスについて
は、E−E型コア、或いはU−U字型コアを採用し、ま
た一次巻線と二次巻線を所要の巻き幅で巻装した上で、
コアの磁脚にギャップを形成しないようにし、一次側と
二次側とが密結合の状態となるようにしている。そし
て、このような構成であれば、先行技術の電源回路と比
較して大幅に電力変換効率が向上されることになる。
As described above, according to the present invention, as a composite resonance type converter, a current resonance type converter is combined with a partial voltage resonance circuit on the primary side, and a secondary side is combined with a partial voltage resonance circuit. It constitutes a secondary parallel resonant circuit. Then, for the insulation converter transformer, an EE type core or a UU type core is adopted, and after winding the primary winding and the secondary winding with a required winding width,
A gap is not formed in the magnetic leg of the core so that the primary side and the secondary side are tightly coupled. Then, with such a configuration, the power conversion efficiency is significantly improved as compared with the power supply circuit of the prior art.

【0059】このように電力変換効率が向上することに
よっては、電源回路における電力損失が低減され、各部
の発熱が低減されるようになる。そして、このように各
部の発熱が低減されることによっては、本発明のスイッ
チング電源回路が、例えばACアダプタとして適用され
た場合は、その筐体を従来に比べて小型化することが可
能となる。
By improving the power conversion efficiency as described above, the power loss in the power supply circuit is reduced, and the heat generation of each part is reduced. Further, by reducing the heat generation of each part in this way, when the switching power supply circuit of the present invention is applied as an AC adapter, for example, it is possible to make the housing smaller than conventional cases. .

【0060】また、絶縁コンバータトランスに対してギ
ャップを形成しなくともよくなったことで、ギャップ形
成のためのコアの研磨工程は省略されることになる。こ
れにより、例えば製造工程が簡略化され、また、絶縁コ
ンバータトランスを製造するコストも低減することがで
きる。
Since it is not necessary to form a gap in the insulating converter transformer, the step of polishing the core for forming the gap can be omitted. Thereby, for example, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost of the insulating converter transformer can be reduced.

【0061】さらに、上記のように絶縁コンバータトラ
ンスに巻装された一次巻線と二次巻線とが密結合となる
ことによっては、絶縁コンバータトランスからの漏洩磁
束は低減されるので、例えば絶縁コンバータトランスに
ショートリングを施す必要もないこととなる。そして、
この点でも、コストダウンが図られ、また、回路の小型
軽量化が促進されるものである。また、絶縁コンバータ
トランスのギャップ近傍における局部的温度上昇は発生
しないことになるために、それだけ電源回路としても信
頼性が向上することになる。
Further, since the primary winding and the secondary winding wound around the insulating converter transformer are tightly coupled to each other as described above, the leakage magnetic flux from the insulating converter transformer is reduced. It is not necessary to provide a short ring to the converter transformer. And
In this respect as well, the cost can be reduced and the circuit can be made smaller and lighter. Further, since the local temperature rise does not occur in the vicinity of the gap of the insulating converter transformer, the reliability of the power supply circuit is improved accordingly.

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

【図1】本発明の実施の形態としてのスイッチング電源
回路の構成例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit as an embodiment of the present invention.

【図2】実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバ
ータトランスの構造例を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a structural example of an insulation converter transformer provided in the power supply circuit of the embodiment.

【図3】実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバ
ータトランスの構造例を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a structural example of an insulation converter transformer provided in the power supply circuit of the embodiment.

【図4】実施の形態の電源回路の動作を示す波形図であ
る。
FIG. 4 is a waveform chart showing the operation of the power supply circuit according to the embodiment.

【図5】実施の形態の電源回路についての負荷変動に対
するAC→DC電力変換効率の変化特性を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a change characteristic of AC → DC power conversion efficiency with respect to a load change in the power supply circuit of the embodiment.

【図6】実施の形態としてのスイッチング電源回路の二
次側の構成についての変形例を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a modified example of the configuration on the secondary side of the switching power supply circuit as the embodiment.

【図7】図6に示す変形例としての電源回路に備えられ
る絶縁コンバータトランスの構造例を説明する図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating a structural example of an insulation converter transformer provided in the power supply circuit as a modified example shown in FIG. 6.

【図8】先行技術としてのスイッチング電源回路の他の
構成例を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing another configuration example of a switching power supply circuit as a prior art.

【図9】図8に示す電源回路に採用される絶縁コンバー
タトランスの構造例を示す断面図である。
9 is a cross-sectional view showing a structural example of an insulating converter transformer used in the power supply circuit shown in FIG.

【図10】図8に示す電源回路の動作を示す波形図であ
る。
10 is a waveform diagram showing an operation of the power supply circuit shown in FIG.

【図11】図8に示す電源回路についての負荷変動に対
するAC→DC電力変換効率の変化特性を示す図であ
る。
11 is a diagram showing a change characteristic of AC → DC power conversion efficiency with respect to a load change in the power supply circuit shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制御回路、Di ブリッジ整流回路、 DO1,DO2
整流ダイオード、Ci 平滑コンデンサ、Q1,Q2
スイッチング素子、PIT 絶縁コンバータトランス、
N1 一次巻線、N2 二次巻線、C1 一次側直列共振
コンデンサ、Cp 一次側部分共振コンデンサ、C2
二次側並列共振コンデンサ
1 Control circuit, Di bridge rectification circuit, DO1, DO2
Rectifier diode, Ci smoothing capacitor, Q1, Q2
Switching element, PIT insulation converter transformer,
N1 primary winding, N2 secondary winding, C1 primary side series resonance capacitor, Cp primary side partial resonance capacitor, C2
Secondary side parallel resonant capacitor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力された直流入力電圧を断続するよう
にしてスイッチング動作を行う電流共振形のスイッチン
グ手段と、 上記スイッチング手段のスイッチング出力を一次側から
二次側に伝送するためのものであって、磁脚にギャップ
を形成していないE−E型コア又はU−U字型コアに対
して、少なくとも一次巻線及び二次巻線を所要の巻数で
巻装すると共に、これら一次巻線と二次巻線とが所要以
上の結合係数による密結合の状態となるようにして構成
される絶縁コンバータトランスと、 少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の
漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続さ
れた一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによ
って形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振
形とする一次側直列共振回路と、 上記スイッチング手段を形成する複数のスイッチング素
子のうち、所定のスイッチング素子に対して並列に接続
される部分共振コンデンサのキャパシタンスと、上記絶
縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス
成分によって形成され、上記スイッチング手段を形成す
る複数のスイッチング素子のターンオフ期間に電圧共振
動作を行う一次側部分電圧共振回路と、 上記絶縁コンバータトランスの二次巻線の漏洩インダク
タンス成分と、この二次巻線に対して並列に接続される
二次側並列共振コンデンサのキャパシタンスとによって
形成され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おける2つの
タップ出力端子間に得られる交番電圧を入力して整流動
作を行って、二次側直流出力電圧を生成するように構成
された直流出力電圧生成手段と、 上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて、上記スイッ
チング手段のスイッチング周波数を可変することで、二
次側直流出力電圧に対する定電圧制御を行うように構成
された定電圧制御手段と、 を備えていることを特徴とするスイッチング電源回路。
1. A current resonance type switching means for performing a switching operation by interrupting an input DC input voltage, and a means for transmitting a switching output of the switching means from a primary side to a secondary side. Then, at least the primary winding and the secondary winding are wound with a required number of turns on the EE type core or the UU type core having no magnetic leg gap, and the primary winding is An insulating converter transformer configured such that the secondary winding and the secondary winding are in a tightly coupled state with a coupling coefficient higher than a required value, at least a leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer, and the primary winding And a capacitance of a primary side series resonance capacitor connected in series to the primary side series resonance circuit, which makes the operation of the switching means a current resonance type. A plurality of switching elements forming the switching means, a capacitance of a partial resonance capacitor connected in parallel to a predetermined switching element, and a leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer, A primary side partial voltage resonance circuit performing a voltage resonance operation during a turn-off period of a plurality of switching elements forming the switching means, a leakage inductance component of a secondary winding of the insulating converter transformer, and a secondary winding with respect to the secondary winding. Input the alternating voltage obtained between the secondary side parallel resonant circuit formed by the capacitance of the secondary side parallel resonant capacitor connected in parallel and the two tap output terminals in the secondary winding of the insulating converter transformer. Rectification is performed to generate the secondary side DC output voltage. By performing a constant voltage control on the secondary side DC output voltage by varying the switching frequency of the switching means according to the level of the secondary side DC output voltage and the DC output voltage generating means configured as described above. A switching power supply circuit comprising: a configured constant voltage control means.
【請求項2】 入力された直流入力電圧を断続するよう
にしてスイッチング動作を行う電流共振形のスイッチン
グ手段と、 上記スイッチング手段のスイッチング出力を一次側から
二次側に伝送するためのものであって、磁脚にギャップ
を形成していないE−E型コア又はU−U字型コアに対
して、一次巻線、及び第1の二次巻線、及び上記第1の
二次巻線よりも巻線数の少ない第2の二次巻線をそれぞ
れ所要の巻数で巻装すると共に、これら一次巻線と二次
巻線とが所要以上の結合係数による密結合の状態となる
ようにして構成される絶縁コンバータトランスと、 少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の
漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続さ
れた一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによ
って形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振
形とする一次側直列共振回路と、 上記スイッチング手段を形成する複数のスイッチング素
子のうち、所定のスイッチング素子に対して並列に接続
される部分共振コンデンサのキャパシタンスと、上記絶
縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス
成分によって形成され、上記スイッチング手段を形成す
る複数のスイッチング素子のターンオフ期間に電圧共振
動作を行う一次側部分電圧共振回路と、 上記絶縁コンバータトランスの第1の二次巻線の漏洩イ
ンダクタンス成分と、この第1の二次巻線に対して並列
に接続される二次側並列共振コンデンサのキャパシタン
スとによって形成される二次側並列共振回路と、 上記第2の二次巻線に得られる交番電圧を入力して整流
動作を行って、二次側直流出力電圧を生成するように構
成された直流出力電圧生成手段と、 上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて、上記スイッ
チング手段のスイッチング周波数を可変することで、二
次側直流出力電圧に対する定電圧制御を行うように構成
された定電圧制御手段と、 を備えていることを特徴とするスイッチング電源回路。
2. A current resonance type switching means for performing a switching operation by interrupting an input DC input voltage, and for transmitting a switching output of the switching means from a primary side to a secondary side. The primary winding, the first secondary winding, and the first secondary winding with respect to the EE type core or the UU type core having no gap formed in the magnetic leg. Also, the second secondary winding having a small number of windings is wound by the required number of windings respectively, and the primary winding and the secondary winding are in a tightly coupled state with a coupling coefficient higher than the required one. Formed by at least the leakage inductance component of the primary winding of the isolation converter transformer and the capacitance of the primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding. A primary side series resonance circuit in which the operation of the switching means is a current resonance type, and a capacitance of a partial resonance capacitor connected in parallel to a predetermined switching element among a plurality of switching elements forming the switching means, A primary side partial voltage resonance circuit formed by the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and performing a voltage resonance operation during a turn-off period of a plurality of switching elements forming the switching means; A secondary side parallel resonant circuit formed by a leakage inductance component of one secondary winding and a capacitance of a secondary side parallel resonant capacitor connected in parallel to the first secondary winding; The alternating voltage obtained in the second secondary winding is input to perform rectification operation, A DC output voltage generating means configured to generate a secondary side DC output voltage, and a secondary side DC output by varying the switching frequency of the switching means according to the level of the secondary side DC output voltage. A switching power supply circuit comprising: a constant voltage control unit configured to perform constant voltage control with respect to a voltage.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007318893A (en) * 2006-05-25 2007-12-06 Ntt Data Ex Techno Corp Uninterruptible power supply device, bidirectional power transfer circuit, and power supply system
JP2011134744A (en) * 2009-12-22 2011-07-07 Takasago Seisakusho:Kk Switching transformer and switching power source

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