JP2004040923A - Switching power circuit and switching regulator equipped therewith - Google Patents

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飛田 和宏
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power circuit which suppressess common mode noise. <P>SOLUTION: This switching power circuit is equipped with a switching circuit 1 which switches DC voltage into AC voltage having specified frequency, and a high frequency transformer T which converts the AC voltage switched by this switching circuit 1 into a specified voltage value. This is provided with first and second resonant circuits 2 and 3 connected to both ends of the primary winding of the high frequency transformer T, between the switching circuit 1 and the high frequency transformer T. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源回路およびこの電源回路を備えたスイッチングレギュレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、スイッチングレギュレータにおけるスイッチング電源回路では、商用交流電源からの交流電圧を整流、平滑化して得られた直流電圧を、スイッチング素子によってスイッチングすることにより高い周波数を有する交流電圧に変換している。そして、この交流電圧から高周波トランスを用いて所望の直流電圧を生成し、この直流電圧がたとえば電子機器の内部電源電圧として用いられている。
【0003】
図4は、上記スイッチング電源回路の一例を示す図である。この回路図によれば、商用交流電源を整流して直流とされた入力電圧Eに対して、スイッチング回路11が接続されている。スイッチング回路11は、第1〜第4スイッチング素子SW11〜SW14がフルブリッジ構成されることによりなる。各スイッチング素子SW11〜SW14には、それらの両端にダイオードD11〜D14およびコンデンサC11〜C14がそれぞれ並列接続されている。なお、ダイオードD11〜D14は、スイッチング素子SW11〜SW14自体に内蔵されていてもよく、また、コンデンサC11〜C14は、スイッチング素子SW11〜SW14自体の接合容量および/または端子間容量として構成されていてもよい。
【0004】
第1スイッチング素子SW11および第2スイッチング素子SW12の中点と、第3スイッチング素子SW13および第4スイッチング素子SW14の中点とには、高周波トランスTの1次巻線が接続されている。高周波トランスTの2次巻線には、整流ダイオードブリッジによって構成された整流回路14が接続されている。整流回路14には、チョークコイルL11と、コンデンサC15とからなる平滑回路15が接続されている。
【0005】
このようなスイッチング電源回路では、第1および第4スイッチング素子SW11,SW14同士、第2および第3スイッチング素子SW12,SW13同士が連動し、それらが交互にオン、オフ動作される。この動作により、高周波トランスTの1次巻線には、図5の(a) ,(b) に示すように、矩形波状の交流電圧が印加されることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記回路構成では、軽負荷時には、高周波トランスTの1次巻線の入力容量やスイッチング素子SW11〜SW14に並列接続されたコンデンサC11〜C14の容量成分によって、第1ないし第4スイッチング素子SW11〜SW14の負荷が容量性となる。このため、たとえば、第2および第3スイッチング素子SW12,SW13がオンする際には、コンデンサC12,C13にそれまで蓄えられていた電荷がそれぞれ第2および第3スイッチング素子SW12,SW13を通って急激に放電する。
【0007】
そのため、図5(c) に示すように、第2および第3スイッチング素子SW12,SW13には、急峻なスパイク電流Iが流れることになる。この急峻なスパイク電流Iは、第1ないし第4スイッチング素子SW11〜SW14のスイッチング損失を増加させるのみならず、ノイズの原因ともなるものである。
【0008】
また、重負荷時には、たとえば第1および第4スイッチング素子SW11,SW14のオン期間中に、高周波トランスTの1次巻線の漏れインダクタンス成分に蓄えられた電流(磁気)エネルギーは、第1および第4スイッチング素子SW11,SW14がオフとなったときに、ダイオード(フライホイルダイオード)D12,D13を通じて放出され、ダイオードD12,D13はオン状態となる。そのため、第2および第3スイッチング素子SW12,SW13の端子間電圧を低く(略ゼロに)することができる。そして、この状態で、第2および第3スイッチング素子SW12,SW13をオンすることにより、図5(c) に示したようなスパイク電流Iを回避することができる。
【0009】
しかし、この場合でも、高周波トランスTの1次巻線に印加される電圧波形は、矩形波状である。矩形波状の電圧は、高調波成分を多く含み、ノイズの大きな原因となり得るものである。
【0010】
ここで、高周波トランスTに印加される電圧および電流が正弦波状(または余弦波状)であれば、高調波成分も少なく、ノイズの発生を抑えることができる。そこで、図6に示すように、高周波トランスTの1次巻線の片端に、コンデンサC16とコイルL12とからなる共振回路12を挿入したスイッチング電源回路が提案されている。
【0011】
このスイッチング電源回路では、スイッチング回路11のスイッチング周波数を共振回路12の共振周波数と等しいか、あるいはやや高めに設定して、高周波トランスTの1次巻線に流れる電流の位相をずらすことによって、図7(c) ,(d) に示すように、スパイク電流の発生を回避できるとともに、高周波トランスTに印加される電圧波形を正弦波状(または余弦波状)にすることができる。そのため、高周波成分の発生を抑制して、他の回路に対するノイズの影響が抑制されたスイッチング電源回路を実現することができる。
【0012】
しかしながら、図6に示すスイッチング電源回路では、共振回路12が設けられている、高周波トランスTの1次巻線の片端(図6のA点参照)に印加される電圧波形は、図8(a) に示すように、矩形波と正弦波(または余弦波)とが重畳された波形となっている。これに対して、反対側の片端(図6のB点参照)は、第3および第4スイッチング素子SW13,SW14と直接的に接続されているため、その電圧波形は、図8(b) に示すように、矩形波となっている。
【0013】
ここで、高周波トランスTの1次巻線に印加される電圧のノーマルモード成分は、高周波トランスTの1次巻線の両端に印加される電圧波形の差であるので、正弦波状(または余弦波状)となり、高周波トランスTに流れる電流波形も、正弦波状(または余弦波状)となる。しかし、高周波トランスTの1次巻線に印加される電圧のコモンモード成分は、高周波トランスTの1次巻線の両端に印加される電圧の平均であるので、図8(c) に示すように、A点の波形に対して約1/2の振幅を有し、かつ矩形波と正弦波(または余弦波)とが重畳された波形となる。
【0014】
高周波トランスTでは、通常、その1次巻線と2次巻線との間、1次巻線とコア(図示せず)との間、あるいは1次巻線とケース(図示せず)との間にそれぞれ容量結合が存在している。そして、電圧の高周波成分は、その容量結合を通じて電流が流れることになる。
【0015】
容量結合は、通常、高周波トランスTの1次巻線の巻き始め、1次巻線の巻き終わり、または1次巻線の途中といった部分において分布的に存在する。そのため、この容量結合を通じて流れる電流の大きさは、高周波トランスTの1次巻線のコモンモード電圧に起因して大きくなる傾向にある。
【0016】
すなわち、上記電流は、図9の回路図に示すように、高周波トランスTの1次巻線から2次巻線に流れ込み(IC1,IC2参照)、2次側グランドおよび1次側グランド間の容量成分あるいは絶縁抵抗を通して帰還する、いわゆるコモンモードノイズとなる。
【0017】
したがって、図6および図9に示したスイッチング電源回路では、図4に示したスイッチング電源回路におけるスパイク電流は回避できるものの、高周波トランスTの1次巻線に加わるコモンモードノイズ成分によって、良好な直流電圧を負荷に供給することができないといった問題点があった。
【0018】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、コモンモードノイズを抑制することのできるスイッチング電源回路を提供することを、その課題としている。
【0019】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【0020】
本発明の第1の側面によって提供されるスイッチング電源回路は、直流電圧をスイッチングして所定の周波数を有する交流電圧に変換するスイッチング回路と、このスイッチング回路によってスイッチングされた交流電圧を所定の電圧値に変換するトランスとを備えるスイッチング電源回路であって、上記スイッチング回路と上記トランスとの間には、上記トランスの1次巻線の両端に接続された共振回路が設けられたことを特徴としている。
【0021】
好ましい実施の形態によれば、上記共振回路は、複数からなり、上記トランスの1次巻線の両端に対してそれぞれ直列に接続されている。
【0022】
他の好ましい実施の形態によれば、上記スイッチング回路は、複数のスイッチング素子がブリッジ回路を構成することによりなり、上記各共振回路は、上記ブリッジ回路の接続端に接続された、コンデンサおよびコイルからなる直列回路によって構成されている。
【0023】
他の好ましい実施の形態によれば、上記スイッチング回路は、複数のスイッチング素子がブリッジ回路を構成することによりなり、上記共振回路は、上記ブリッジ回路の接続端にそれぞれ一端が接続された複数のコンデンサと、これらのコンデンサの各他端および上記トランスの1次巻線の両端に接続された結合型コイルとからなる。
【0024】
他の好ましい実施の形態によれば、上記共振回路の共振周波数は、少なくとも上記スイッチング回路におけるスイッチングの動作最低周波数に設定されている。
【0025】
本発明によれば、複数の共振回路がトランスの1次巻線の両端にそれぞれ直列に接続されているので、トランスの1次巻線における電圧波形を対称とすることができ、これによりトランスの1次巻線に入力されるコモンモード電圧を互いに打ち消し合うことができる。そのため、トランスの1次巻線に入力されるコモンモードノイズ成分を抑制することができる。
【0026】
本発明の第2の側面によって提供されるスイッチングレギュレータは、本発明の第1の側面によって提供されるスイッチング電源回路が備えられたことを特徴としている。
【0027】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【0029】
図1は、本発明に係るスイッチング電源回路を示すブロック図である。このスイッチング電源回路は、安定した電源電圧の出力が可能なスイッチングレギュレータに適用され、スイッチング回路1、第1共振回路2、第2共振回路3、高周波トランスT、整流回路4、および平滑回路5を備えている。
【0030】
スイッチング回路1は、たとえば商用交流電源が整流されることにより得られた直流電圧としての入力電圧Eをスイッチングして所定の周波数(たとえば50kHz〜200kHz)を有する交流電圧に変換するものである。スイッチング回路1は、上記直流電圧Eが入力される入力端子INの両端において、第1ないし第4スイッチング素子SW1〜SW4がフルブリッジ回路として構成されることによりなる。
【0031】
詳細には、入力端子INの両端に、第1および第2スイッチング素子SW1,SW2が直列に接続され、これらに対して第3および第4スイッチング素子SW3,SW4が並列に接続されている。そして、各スイッチング素子SW1〜SW4には、それらの両端にそれぞれダイオード(フライホイルダイオード)D1〜D4とコンデンサC1〜C4とが並列接続されている。なお、ダイオードD1〜D4は、スイッチング素子SW1〜SW4自体に内蔵されていてもよく、また、コンデンサC1〜C4は、スイッチング素子SW1〜SW4自体の接合容量および/または端子間容量として構成されていてもよい。
【0032】
第1共振回路2は、スイッチング回路1の出力を共振させ、その出力波形を正弦波状(または余弦波状)にするためのものである。第1共振回路2は、一端が第1および第2スイッチング素子SW1,SW2の中点に接続されたコンデンサC5と、このコンデンサC5の他端に直列接続されたコイルL1とからなる直列共振回路とされる。
【0033】
また、第2共振回路3は、第1共振回路2と同様に、スイッチング回路1の出力を共振させ、その出力波形を正弦波状(または余弦波状)にするためのものである。第2共振回路3は、一端が第3および第4スイッチング素子SW3,SW4の中点に接続されたコンデンサC6と、このコンデンサC6の他端に直列接続されたコイルL2とからなる。
【0034】
高周波トランスTは、1次巻線に入力された電圧値を所定の電圧値に昇圧して2次巻線から出力させるものである。高周波トランスTは、1次巻線の片端(図1のA点参照)に第1共振回路2が接続され、1次巻線の反対側の片端(図1のB点参照)に第2共振回路3が接続されている。
【0035】
整流回路4は、高周波トランスTの2次巻線の出力を整流化するためのものであり、ダイオードブリッジ回路として構成された4つのダイオードD5〜D8からなる。
【0036】
平滑回路5は、整流回路4に接続され、チョークコイルL3と、コンデンサC7とからなるLC回路によって構成されている。平滑回路5の出力は、電源電圧として出力端子OUTからたとえば電子機器等の図示しない負荷に対して与えられる。
【0037】
次に、上記スイッチング電源回路における動作を説明する。このスイッチング電源回路では、商用交流電源からの交流電圧が図示しない整流回路によって整流され、これにより得られ、かつ入力端子INに入力された直流電圧Eがスイッチング回路1によってスイッチングされることにより、所定の周波数(たとえば50kHz〜200kHz)の交流電圧に変換される。
【0038】
具体的には、第1および第4スイッチング素子SW1,SW4同士、第2および第3スイッチング素子SW2,SW3同士が連動し、それらが交互にオン、オフ動作される。この動作により、高周波トランスTの1次巻線の両端にそれぞれ設けられた第1および第2共振回路2,3には、図5の(a) ,(b) に示したような矩形波状の交流電圧が交互に印加されることになる。
【0039】
ここで、たとえば第1および第4スイッチング素子SW1,SW4のオン期間中には、コイルL1,L2や高周波トランスTの1次巻線の漏れインダクタンスに電流(磁気)エネルギーが蓄えられる。そして、蓄えられたエネルギーは、第1および第4スイッチング素子SW1,SW4がオフされることにより、ダイオードD2,3を流れ、ダイオードD2,3はオン状態となる。そのため、第2および第3スイッチング素子SW2,SW3(コンデンサC2,C3)の端子間電圧を低く(略ゼロに)することができる。そして、この状態で、第2および第3スイッチング素子SW2,SW3をオンすることにより、スパイク電流が発生することを防止できる。
【0040】
スイッチング回路1の出力は、第1および第2共振回路2,3に入力され、これら第1および第2共振回路2,3によって、高周波トランスTの1次巻線の両端(A,B点参照)に加わる電圧波形は、図2(a) ,(b) に示すように、矩形波と正弦波(または余弦波)とが重畳された波形となる。
【0041】
そして、これらの電圧波形は、第1および第4スイッチング素子SW1,SW4同士、第2および第3スイッチング素子SW2,SW3同士が交互にオン、オフ動作されることから、ほぼ対称の波形となる。高周波トランスTの1次巻線に印加される電圧のコモンモード成分は、高周波トランスTの1次巻線の両端に印加される電圧波形の平均であるが、この場合のコモンモード電圧成分は、高周波トランスTの1次巻線において、図2(c) に示すように、互いにキャンセルされ十分小さくなる。したがって、このスイッチング電源回路では、トランス−コイル間等で生じる容量結合を通じて伝送されるコモンモードノイズの発生を抑制することができる。
【0042】
また、第1および第2共振回路2,3によってスイッチング回路1の出力が正弦波状(または余弦波状)に変換されるので、高周波トランスTに流れる電流の高調波成分を抑えることできる。そのため、第1ないし第4スイッチング素子SW1〜SW4のスイッチングノイズや損失を抑制することができる。
【0043】
図1に戻り、高周波トランスTの1次巻線に供給された交流電圧は、所定の電圧値に変圧されて2次巻線から出力される。2次巻線から出力された電圧は、整流回路4によって整流され、平滑回路5によって平滑されて、図示しない負荷に対して電源電圧として供給される。
【0044】
なお、第1および第2の共振回路2,3の各共振周波数を設定するための定数が同一のときには、コモンモード電圧を最も小さくすることができる。しかし、これらの定数に多少のばらつきがあっても、従来のように第1ないし第2の共振回路2,3のいずれかが、高周波トランスTの1次巻線の片端のみに設けられた場合(たとえば図6に示す回路)と比較すると、コモンモード電圧に対する十分なキャンセル効果を得ることができる。
【0045】
また、上記スイッチング電源回路のスイッチング回路1におけるスイッチング特性は、従来の回路(たとえば図4に示す回路)における特性と同様である。すなわち、スイッチング回路1のスイッチング周波数を第1および第2共振回路2,3の共振周波数と同一かもしくはやや高く設定することにより、高周波トランスTの1次巻線に流れる電流の位相をずらすことができ、図5に示したようなスパイク電流Iが回避された特性を得ることができる。
【0046】
図3は、本実施形態の変形例のスイッチング電源回路を示す図である。このスイッチング電源回路では、図1に示した第1および第2共振回路2,3に代えて、第3共振回路6が設けられている。
【0047】
この第3共振回路6は、スイッチング回路1と高周波トランスTとの間に設けられ、一端が第1および第2スイッチング素子SW1,SW2の中点に接続されたコンデンサC8と、同じく一端が第3および第4スイッチング素子SW3,SW4の中点に接続されたコンデンサC9と、コンデンサC8およびコンデンサC9の各他端に直列接続された結合型コイルL4とからなる。
【0048】
詳細には、コンデンサC8の他端には、結合型コイルL4における一方の巻線の一端が接続されている。結合型コイルL4における一方の巻線の他端には、高周波トランスTの1次巻線の片端が接続されている。また、コンデンサC9の他端には、結合型コイルL4における他方の巻線の一端が接続されている。結合型コイルL4における他方の巻線の他端には、高周波トランスTの1次巻線における反対側の片端が接続されている。
【0049】
この結合型コイルを用いることによっても、図1に示したスイッチング電源回路と同様な作用効果を奏する。また、結合型コイルL4は、同一コアに巻線が巻回される構成とされているため、コイル自体を複数設けた図1に示したスイッチング電源回路に比べ、部品の軽量小型化を図ることができる。
【0050】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、スイッチング電源回路が適用されるスイッチングレギュレータとしては、いわゆるモジュールタイプのものであってもよいし、あるいはオンボードタイプのものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るスイッチング電源回路を示す図である。
【図2】図1に示すスイッチング電源回路における波形図である。
【図3】図2に示すスイッチング電源回路の変形例を示す図である。
【図4】従来のスイッチング電源回路を示す図である。
【図5】図4に示す従来のスイッチング電源回路における波形図である。
【図6】従来の他のスイッチング電源回路を示す図である。
【図7】図6に示す従来の他のスイッチング電源回路における波形図である。
【図8】図6に示す従来の他のスイッチング電源回路における波形図である。
【図9】従来の他のスイッチング電源回路を示す図である。
【符号の説明】
1 スイッチング回路
2 第1共振回路
3 第2共振回路
C1〜C9 コンデンサ
D1〜D4 ダイオード
L1〜L3 コイル
L4 結合型コイル
SW1〜SW4 スイッチング素子
T 高周波トランス
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply circuit and a switching regulator including the power supply circuit.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a switching power supply circuit of a switching regulator, a DC voltage obtained by rectifying and smoothing an AC voltage from a commercial AC power supply is converted into an AC voltage having a high frequency by switching with a switching element. Then, a desired DC voltage is generated from the AC voltage using a high-frequency transformer, and the DC voltage is used, for example, as an internal power supply voltage of an electronic device.
[0003]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the switching power supply circuit. According to this circuit diagram, a switching circuit 11 is connected to an input voltage E which is obtained by rectifying a commercial AC power supply to be DC. The switching circuit 11 is configured by the first to fourth switching elements SW11 to SW14 having a full bridge configuration. Diodes D11 to D14 and capacitors C11 to C14 are connected in parallel to both ends of each of switching elements SW11 to SW14. The diodes D11 to D14 may be built in the switching elements SW11 to SW14 themselves, and the capacitors C11 to C14 are configured as junction capacitances and / or inter-terminal capacitances of the switching elements SW11 to SW14 themselves. Is also good.
[0004]
A primary winding of the high-frequency transformer T is connected to a midpoint between the first switching element SW11 and the second switching element SW12 and a midpoint between the third switching element SW13 and the fourth switching element SW14. A rectifier circuit 14 constituted by a rectifier diode bridge is connected to the secondary winding of the high-frequency transformer T. The rectifying circuit 14 is connected to a smoothing circuit 15 including a choke coil L11 and a capacitor C15.
[0005]
In such a switching power supply circuit, the first and fourth switching elements SW11 and SW14 are linked to each other, and the second and third switching elements SW12 and SW13 are linked to each other, and are turned on and off alternately. By this operation, a rectangular wave AC voltage is applied to the primary winding of the high-frequency transformer T, as shown in FIGS.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described circuit configuration, when the load is light, the first to fourth switching elements SW11 are changed by the input capacitance of the primary winding of the high-frequency transformer T and the capacitance components of the capacitors C11 to C14 connected in parallel to the switching elements SW11 to SW14. The load on SW14 becomes capacitive. For this reason, for example, when the second and third switching elements SW12 and SW13 are turned on, the electric charges that have been stored in the capacitors C12 and C13 up to now suddenly pass through the second and third switching elements SW12 and SW13, respectively. To discharge.
[0007]
Therefore, as shown in FIG. 5 (c), the second and third switching elements SW12, SW13, it will flow steep spike current I S. The steep spike current I S not only increases the switching loss of the first to fourth switching elements SW11 to SW14, but also causes noise.
[0008]
At the time of heavy load, for example, during the on-period of the first and fourth switching elements SW11 and SW14, the current (magnetic) energy stored in the leakage inductance component of the primary winding of the high-frequency transformer T is reduced by the first and fourth currents. When the four switching elements SW11 and SW14 are turned off, they are emitted through diodes (flywheel diodes) D12 and D13, and the diodes D12 and D13 are turned on. Therefore, the voltage between the terminals of the second and third switching elements SW12 and SW13 can be reduced (to almost zero). Then, in this state, by turning on the second and third switching elements SW12, SW13, it is possible to avoid the spike current I S as shown in FIG. 5 (c).
[0009]
However, even in this case, the voltage waveform applied to the primary winding of the high-frequency transformer T is a rectangular waveform. A rectangular wave voltage contains many harmonic components and can be a major cause of noise.
[0010]
Here, if the voltage and current applied to the high-frequency transformer T are sine-wave (or cosine-wave), the harmonic components are small and the generation of noise can be suppressed. Therefore, as shown in FIG. 6, there has been proposed a switching power supply circuit in which a resonance circuit 12 including a capacitor C16 and a coil L12 is inserted into one end of a primary winding of a high-frequency transformer T.
[0011]
In this switching power supply circuit, the switching frequency of the switching circuit 11 is set equal to or slightly higher than the resonance frequency of the resonance circuit 12 to shift the phase of the current flowing through the primary winding of the high frequency transformer T. As shown in FIGS. 7 (c) and 7 (d), the generation of spike current can be avoided, and the voltage waveform applied to the high-frequency transformer T can be made sinusoidal (or cosine). Therefore, it is possible to realize a switching power supply circuit in which the generation of high frequency components is suppressed and the influence of noise on other circuits is suppressed.
[0012]
However, in the switching power supply circuit shown in FIG. 6, the voltage waveform applied to one end (see point A in FIG. 6) of the primary winding of the high-frequency transformer T in which the resonance circuit 12 is provided is as shown in FIG. As shown in (2), the waveform is a waveform in which a rectangular wave and a sine wave (or cosine wave) are superimposed. On the other hand, since one end on the opposite side (see point B in FIG. 6) is directly connected to the third and fourth switching elements SW13 and SW14, the voltage waveform is as shown in FIG. As shown, it is a rectangular wave.
[0013]
Here, since the normal mode component of the voltage applied to the primary winding of the high-frequency transformer T is a difference between the voltage waveforms applied to both ends of the primary winding of the high-frequency transformer T, a sine wave (or cosine wave) ), And the current waveform flowing through the high-frequency transformer T also has a sine wave shape (or a cosine wave shape). However, since the common mode component of the voltage applied to the primary winding of the high-frequency transformer T is the average of the voltages applied to both ends of the primary winding of the high-frequency transformer T, as shown in FIG. In this case, the waveform has about half the amplitude of the waveform at the point A, and a rectangular wave and a sine wave (or a cosine wave) are superimposed.
[0014]
In the high-frequency transformer T, usually, between the primary winding and the secondary winding, between the primary winding and the core (not shown), or between the primary winding and the case (not shown). Capacitive couplings exist between them. Then, a high-frequency component of the voltage causes a current to flow through the capacitive coupling.
[0015]
The capacitive coupling usually exists in a distributed manner in a portion such as the beginning of the primary winding of the high-frequency transformer T, the end of the primary winding, or the middle of the primary winding. Therefore, the magnitude of the current flowing through the capacitive coupling tends to increase due to the common mode voltage of the primary winding of the high frequency transformer T.
[0016]
That is, the current flows from the primary winding to the secondary winding of the high-frequency transformer T (see I C1 and I C2 ), as shown in the circuit diagram of FIG. This is so-called common mode noise, which is fed back through the capacitance component or the insulation resistance.
[0017]
Therefore, in the switching power supply circuit shown in FIGS. 6 and 9, although a spike current in the switching power supply circuit shown in FIG. 4 can be avoided, a favorable DC current is generated by the common mode noise component applied to the primary winding of the high frequency transformer T. There is a problem that voltage cannot be supplied to the load.
[0018]
The present invention has been conceived under such circumstances, and has as its object to provide a switching power supply circuit capable of suppressing common mode noise.
[0019]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical measures.
[0020]
A switching power supply circuit provided according to a first aspect of the present invention includes a switching circuit that switches a DC voltage to convert it to an AC voltage having a predetermined frequency, and converts the AC voltage switched by the switching circuit into a predetermined voltage value. And a transformer connected between both ends of the primary winding of the transformer, between the switching circuit and the transformer. .
[0021]
According to a preferred embodiment, the resonance circuit includes a plurality of resonance circuits, each of which is connected in series to both ends of a primary winding of the transformer.
[0022]
According to another preferred embodiment, the switching circuit includes a plurality of switching elements forming a bridge circuit, and each of the resonance circuits includes a capacitor and a coil connected to a connection end of the bridge circuit. In series.
[0023]
According to another preferred embodiment, the switching circuit includes a plurality of switching elements forming a bridge circuit, and the resonance circuit includes a plurality of capacitors each having one end connected to a connection end of the bridge circuit. And a coupling type coil connected to both ends of these capacitors and both ends of the primary winding of the transformer.
[0024]
According to another preferred embodiment, a resonance frequency of the resonance circuit is set to at least a minimum operation frequency of switching in the switching circuit.
[0025]
According to the present invention, since a plurality of resonance circuits are respectively connected in series to both ends of the primary winding of the transformer, the voltage waveform in the primary winding of the transformer can be made symmetrical. The common mode voltages input to the primary winding can cancel each other. Therefore, the common mode noise component input to the primary winding of the transformer can be suppressed.
[0026]
A switching regulator provided by the second aspect of the present invention includes the switching power supply circuit provided by the first aspect of the present invention.
[0027]
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a block diagram showing a switching power supply circuit according to the present invention. This switching power supply circuit is applied to a switching regulator capable of outputting a stable power supply voltage, and includes a switching circuit 1, a first resonance circuit 2, a second resonance circuit 3, a high-frequency transformer T, a rectifier circuit 4, and a smoothing circuit 5. Have.
[0030]
The switching circuit 1 switches an input voltage E as a DC voltage obtained by, for example, rectifying a commercial AC power supply to convert the input voltage E into an AC voltage having a predetermined frequency (for example, 50 kHz to 200 kHz). The switching circuit 1 is configured such that the first to fourth switching elements SW1 to SW4 are configured as a full bridge circuit at both ends of the input terminal IN to which the DC voltage E is input.
[0031]
Specifically, first and second switching elements SW1 and SW2 are connected in series to both ends of the input terminal IN, and third and fourth switching elements SW3 and SW4 are connected in parallel to these. Diodes (flywheel diodes) D1 to D4 and capacitors C1 to C4 are connected in parallel to both ends of the switching elements SW1 to SW4, respectively. Note that the diodes D1 to D4 may be built in the switching elements SW1 to SW4 themselves, and the capacitors C1 to C4 are configured as junction capacitances and / or inter-terminal capacitances of the switching elements SW1 to SW4 themselves. Is also good.
[0032]
The first resonance circuit 2 resonates the output of the switching circuit 1 and makes the output waveform sine (or cosine). The first resonance circuit 2 includes a series resonance circuit including a capacitor C5 having one end connected to the midpoint between the first and second switching elements SW1 and SW2, and a coil L1 connected in series to the other end of the capacitor C5. Is done.
[0033]
Similarly to the first resonance circuit 2, the second resonance circuit 3 resonates the output of the switching circuit 1 and makes the output waveform sine (or cosine). The second resonance circuit 3 includes a capacitor C6 having one end connected to the middle point between the third and fourth switching elements SW3 and SW4, and a coil L2 connected in series to the other end of the capacitor C6.
[0034]
The high-frequency transformer T boosts the voltage value input to the primary winding to a predetermined voltage value and outputs the voltage from the secondary winding. In the high-frequency transformer T, a first resonance circuit 2 is connected to one end of a primary winding (see point A in FIG. 1), and a second resonance circuit is connected to one end on the opposite side of the primary winding (see point B in FIG. 1). Circuit 3 is connected.
[0035]
The rectifier circuit 4 is for rectifying the output of the secondary winding of the high-frequency transformer T, and includes four diodes D5 to D8 configured as a diode bridge circuit.
[0036]
The smoothing circuit 5 is connected to the rectifier circuit 4 and includes an LC circuit including a choke coil L3 and a capacitor C7. The output of the smoothing circuit 5 is provided as a power supply voltage from an output terminal OUT to a load (not shown) such as an electronic device.
[0037]
Next, the operation of the switching power supply circuit will be described. In this switching power supply circuit, an AC voltage from a commercial AC power supply is rectified by a rectifier circuit (not shown), and obtained. (For example, 50 kHz to 200 kHz).
[0038]
More specifically, the first and fourth switching elements SW1 and SW4 are linked to each other, and the second and third switching elements SW2 and SW3 are linked to each other, and are turned on and off alternately. Due to this operation, the first and second resonance circuits 2 and 3 provided at both ends of the primary winding of the high-frequency transformer T respectively have a rectangular wave shape as shown in FIGS. The alternating voltage is applied alternately.
[0039]
Here, for example, during the ON periods of the first and fourth switching elements SW1 and SW4, current (magnetic) energy is stored in the leakage inductance of the coils L1 and L2 and the primary winding of the high-frequency transformer T. When the first and fourth switching elements SW1 and SW4 are turned off, the stored energy flows through the diodes D2 and D3, and the diodes D2 and D3 are turned on. Therefore, the voltage between the terminals of the second and third switching elements SW2 and SW3 (capacitors C2 and C3) can be reduced (to substantially zero). By turning on the second and third switching elements SW2 and SW3 in this state, generation of a spike current can be prevented.
[0040]
The output of the switching circuit 1 is input to the first and second resonance circuits 2 and 3, and both ends of the primary winding of the high-frequency transformer T (see points A and B) by the first and second resonance circuits 2 and 3. 2) is a waveform in which a rectangular wave and a sine wave (or cosine wave) are superimposed as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
[0041]
These voltage waveforms are substantially symmetrical waveforms because the first and fourth switching elements SW1 and SW4 and the second and third switching elements SW2 and SW3 are alternately turned on and off. The common mode component of the voltage applied to the primary winding of the high frequency transformer T is an average of the voltage waveform applied to both ends of the primary winding of the high frequency transformer T. In this case, the common mode voltage component is In the primary winding of the high-frequency transformer T, as shown in FIG. Therefore, in this switching power supply circuit, it is possible to suppress the generation of the common mode noise transmitted through the capacitive coupling generated between the transformer and the coil.
[0042]
Further, since the output of the switching circuit 1 is converted into a sine wave (or cosine wave) by the first and second resonance circuits 2 and 3, it is possible to suppress a harmonic component of the current flowing through the high-frequency transformer T. Therefore, switching noise and loss of the first to fourth switching elements SW1 to SW4 can be suppressed.
[0043]
Returning to FIG. 1, the AC voltage supplied to the primary winding of the high-frequency transformer T is transformed into a predetermined voltage value and output from the secondary winding. The voltage output from the secondary winding is rectified by the rectifier circuit 4, smoothed by the smoothing circuit 5, and supplied to a load (not shown) as a power supply voltage.
[0044]
When the constants for setting the respective resonance frequencies of the first and second resonance circuits 2 and 3 are the same, the common mode voltage can be minimized. However, even if these constants have some variation, when one of the first and second resonance circuits 2 and 3 is provided only at one end of the primary winding of the high-frequency transformer T as in the related art. As compared with (for example, the circuit shown in FIG. 6), a sufficient canceling effect on the common mode voltage can be obtained.
[0045]
The switching characteristics of the switching circuit 1 of the switching power supply circuit are the same as those of a conventional circuit (for example, the circuit shown in FIG. 4). That is, the phase of the current flowing through the primary winding of the high-frequency transformer T can be shifted by setting the switching frequency of the switching circuit 1 to be equal to or slightly higher than the resonance frequencies of the first and second resonance circuits 2 and 3. can, it is possible to obtain a spike current I S is avoided characteristic as shown in FIG.
[0046]
FIG. 3 is a diagram illustrating a switching power supply circuit according to a modification of the present embodiment. In this switching power supply circuit, a third resonance circuit 6 is provided instead of the first and second resonance circuits 2 and 3 shown in FIG.
[0047]
The third resonance circuit 6 is provided between the switching circuit 1 and the high-frequency transformer T and has one end connected to the middle point of the first and second switching elements SW1 and SW2, and the other end connected to the third end. And a capacitor C9 connected to the midpoint of the fourth switching elements SW3 and SW4, and a coupling coil L4 connected in series to the other ends of the capacitors C8 and C9.
[0048]
Specifically, one end of one winding of the coupling type coil L4 is connected to the other end of the capacitor C8. One end of the primary winding of the high-frequency transformer T is connected to the other end of the one winding of the coupling type coil L4. The other end of the capacitor C9 is connected to one end of the other winding of the coupling coil L4. The other end of the other winding of the coupled coil L4 is connected to one end of the primary winding of the high-frequency transformer T on the opposite side.
[0049]
The same operation and effect as those of the switching power supply circuit shown in FIG. Further, since the coupling type coil L4 has a structure in which a winding is wound around the same core, parts can be reduced in weight and size as compared with the switching power supply circuit shown in FIG. Can be.
[0050]
Of course, the scope of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the switching regulator to which the switching power supply circuit is applied may be a so-called module type or an on-board type.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a switching power supply circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a waveform chart in the switching power supply circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a modification of the switching power supply circuit shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a conventional switching power supply circuit.
FIG. 5 is a waveform chart in the conventional switching power supply circuit shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing another conventional switching power supply circuit.
FIG. 7 is a waveform diagram in another conventional switching power supply circuit shown in FIG.
FIG. 8 is a waveform diagram of another conventional switching power supply circuit shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram showing another conventional switching power supply circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Switching circuit 2 1st resonance circuit 3 2nd resonance circuit C1-C9 Capacitor D1-D4 Diode L1-L3 Coil L4 Coupling type coil SW1-SW4 Switching element T High frequency transformer

Claims (6)

直流電圧をスイッチングして所定の周波数を有する交流電圧に変換するスイッチング回路と、このスイッチング回路によってスイッチングされた交流電圧を所定の電圧値に変換するトランスとを備えるスイッチング電源回路であって、
上記スイッチング回路と上記トランスとの間には、上記トランスの1次巻線の両端に接続された共振回路が設けられたことを特徴とする、スイッチング電源回路。
A switching power supply circuit comprising: a switching circuit that switches a DC voltage to convert it into an AC voltage having a predetermined frequency; and a transformer that converts the AC voltage switched by the switching circuit into a predetermined voltage value.
A switching power supply circuit, wherein a resonance circuit connected to both ends of a primary winding of the transformer is provided between the switching circuit and the transformer.
上記共振回路は、複数からなり、上記トランスの1次巻線の両端に対してそれぞれ直列に接続されている、請求項1に記載のスイッチング電源回路。2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the plurality of resonance circuits are connected in series to both ends of a primary winding of the transformer. 3. 上記スイッチング回路は、複数のスイッチング素子がブリッジ回路を構成することによりなり、
上記各共振回路は、上記ブリッジ回路の接続端に接続された、コンデンサおよびコイルからなる直列回路によって構成されている、請求項2に記載のスイッチング電源回路。
The switching circuit comprises a plurality of switching elements constituting a bridge circuit,
The switching power supply circuit according to claim 2, wherein each of the resonance circuits is configured by a series circuit including a capacitor and a coil connected to a connection end of the bridge circuit.
上記スイッチング回路は、複数のスイッチング素子がブリッジ回路を構成することによりなり、
上記共振回路は、上記ブリッジ回路の接続端にそれぞれ一端が接続された複数のコンデンサと、これらのコンデンサの各他端および上記トランスの1次巻線の両端に接続された結合型コイルとからなる、請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The switching circuit comprises a plurality of switching elements constituting a bridge circuit,
The resonance circuit includes a plurality of capacitors each having one end connected to a connection end of the bridge circuit, and coupling coils connected to the other ends of these capacitors and both ends of the primary winding of the transformer. The switching power supply circuit according to claim 1.
上記共振回路の共振周波数は、少なくとも上記スイッチング回路におけるスイッチングの動作最低周波数に設定されている、請求項1ないし4のいずれかに記載のスイッチング電源回路。The switching power supply circuit according to claim 1, wherein a resonance frequency of the resonance circuit is set to at least a minimum operation frequency of switching in the switching circuit. 請求項1ないし5のいずれかに記載のスイッチング電源回路が備えられたことを特徴とする、スイッチングレギュレータ。A switching regulator, comprising the switching power supply circuit according to claim 1.
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