JP2005168079A - Switching power supply - Google Patents

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Masayuki Yasumura
昌之 安村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wide range power supply circuit which is stabilized by a switching frequency control system, with as simple a circuitry as possible. <P>SOLUTION: The switching power supply circuit, comprising a resonance converter, is provided with a crossed control transformer PRT having a controlled winding NR included in the components of a primary series resonance circuit. Inductance LR of the controlled winding NR is controlled variably, depending on the level of a commercial AC power supply. Consequently, resonance frequency of the primary resonance circuit is varied depending on the level of a commercial AC power supply. As a result, a switching frequency control range required for stabilization is set depending on the rated level of the commercial AC power supply, for example. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a switching power supply circuit provided as a power source for various electronic devices.

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分かっている。
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。
As a switching power supply circuit, a circuit using a switching converter such as a flyback converter or a forward converter is widely known. Since these switching converters have a rectangular switching operation waveform, there is a limit to suppression of switching noise. Moreover, it has been found that there is a limit in improving the power conversion efficiency due to its operating characteristics.
Therefore, various types of switching power supply circuits using various resonant converters have been previously proposed by the present applicant. The resonant converter can easily obtain high power conversion efficiency, and low noise is realized by making the switching operation waveform sinusoidal. In addition, there is an advantage that it can be configured with a relatively small number of parts.

また、スイッチング電源回路としては、例えば日本や米国等の交流入力電圧AC100V系の地域と欧州等のAC200V系の地域に対応するように、例えば約AC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応した動作が可能に構成された、いわゆるワイドレンジ対応の電源回路が知られている。   As the switching power supply circuit, for example, an operation corresponding to an AC input voltage range of about AC 85 V to 288 V is performed so as to correspond to an AC input voltage AC 100 V region such as Japan and the United States and an AC 200 V region such as Europe. A so-called wide-range power supply circuit that can be configured is known.

ここで、上記した共振形コンバータとしては、コンバータを形成するスイッチング素子のスイッチング周波数を制御すること(スイッチング周波数制御方式)により安定化を図るように構成したものが知られている。
このようなスイッチング周波数制御方式による共振形コンバータとして、例えば汎用の発振・ドライブ回路ICなどによりスイッチング素子をスイッチング駆動するような構成では、例えばスイッチング周波数fsの可変範囲は最大で、fs=50KHz〜250KHz程度となっている。このような可変範囲である場合、例えば負荷電力Poの変動範囲がPo=0Wから90W程度まで、さらには150W程度までの比較的大きな変動幅となる負荷条件では、ワイドレンジとしてのAC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応して安定化を図ることはほぼ不可能となる。
Here, as the above-described resonance type converter, one configured to be stabilized by controlling the switching frequency of a switching element forming the converter (switching frequency control method) is known.
As such a resonant converter based on the switching frequency control system, for example, in a configuration in which the switching element is switched and driven by a general-purpose oscillation / drive circuit IC, for example, the variable range of the switching frequency fs is maximum, fs = 50 KHz to 250 KHz. It is about. In the case of such a variable range, for example, under a load condition where the fluctuation range of the load power Po is a relatively large fluctuation range from Po = 0 W to about 90 W, and further to about 150 W, a wide range of AC85V to 288V is used. Stabilization corresponding to the AC input voltage range is almost impossible.

そこで、上記した問題を解決するものとして、先に本出願人は、次のような構成のスイッチング電源回路を提案している。つまり、共振形コンバータを備えるワイドレンジ対応のスイッチング電源回路として、スイッチング周波数制御方式を採りながらも、比較的広範囲とされる負荷変動に対して安定化が可能とされるスイッチング電源回路である。このようなスイッチング電源回路の構成例を図9に示す。   In order to solve the above problem, the present applicant has previously proposed a switching power supply circuit having the following configuration. That is, as a switching power supply circuit for a wide range including a resonant converter, the switching power supply circuit can be stabilized against load fluctuations in a relatively wide range while adopting a switching frequency control method. A configuration example of such a switching power supply circuit is shown in FIG.

この図9に示す電源回路では、先ず、商用交流電源ACに対して、図示するようにして1組のコモンモードチョークコイルCMCと、2組のアクロスコンデンサCL,CLから成るコモンモードノイズフィルタが接続されている。   In the power supply circuit shown in FIG. 9, first, a common mode choke coil CMC and a common mode noise filter composed of two sets of across capacitors CL and CL are connected to the commercial AC power supply AC as shown in the figure. Has been.

また、この場合の整流回路系は、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)に対して接続されるブリッジ整流回路Diと、直列接続された2本の平滑コンデンサCi1−Ci2を図のようにして接続して成る。整流平滑電圧Eiは、平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧として得られる。
また、ブリッジ整流回路Diの負極出力端子と、平滑コンデンサCi1−Ci2の接続点との間には、リレースイッチSを挿入している。このリレースイッチSは、整流回路切換モジュール5に接続されたリレーRLの駆動状態に応じて、オン/オフされる。
In this case, the rectifier circuit system includes a bridge rectifier circuit Di connected to a commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) and two smoothing capacitors Ci1 to Ci2 connected in series as shown in the figure. Connected. The rectified and smoothed voltage Ei is obtained as a voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2.
Further, a relay switch S is inserted between the negative output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the connection point of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2. This relay switch S is turned on / off according to the driving state of the relay RL connected to the rectifier circuit switching module 5.

整流回路切換モジュール5は、リレーRLを駆動することで、上記整流回路系の動作を、商用交流電源ACの入力が100V系である場合と200V系である場合とで切り換えるために設けられる。
このために、整流回路切換モジュール5に対しては、ダイオードD11、コンデンサC11、分圧抵抗R11,R12からなる検出回路から出力される検出電圧が入力されるようになっている。この検出回路では、先ず、ダイオードD11及びコンデンサC11からなる半波整流回路によって商用交流電源ACを整流平滑化することで、コンデンサC11の両端電圧として、商用交流電源ACに応じたレベルの直流電圧を得るようにされている。そして、この直流電圧を、コンデンサC11に対して並列に接続されている分圧抵抗R11−R12の直列接続回路により分圧して得られる電圧レベルを、整流回路切換モジュール5に対して検出電圧として入力するようにしている。この検出電圧は、商用交流電源ACのレベルに対応する直流電圧を、分圧抵抗R11,R12の抵抗値に応じた分圧値により所定比で分圧して得られるものであり、従って、検出電圧のレベルは、商用交流電源ACのレベルを示していることになる。
The rectifier circuit switching module 5 is provided to switch the operation of the rectifier circuit system between when the input of the commercial AC power supply AC is a 100V system and when it is a 200V system by driving the relay RL.
Therefore, the rectifier circuit switching module 5 is supplied with a detection voltage output from a detection circuit including a diode D11, a capacitor C11, and voltage dividing resistors R11 and R12. In this detection circuit, first, a commercial AC power supply AC is rectified and smoothed by a half-wave rectifier circuit including a diode D11 and a capacitor C11, so that a DC voltage at a level corresponding to the commercial AC power supply AC is obtained as a voltage across the capacitor C11. Have been to get. A voltage level obtained by dividing this DC voltage by a series connection circuit of voltage dividing resistors R11-R12 connected in parallel to the capacitor C11 is input to the rectifier circuit switching module 5 as a detection voltage. Like to do. This detection voltage is obtained by dividing a DC voltage corresponding to the level of the commercial AC power supply AC at a predetermined ratio by a voltage dividing value corresponding to the resistance value of the voltage dividing resistors R11 and R12. Indicates the level of the commercial AC power supply AC.

また、整流回路切換モジュール5に対しては、リレーRLを接続している。整流回路切換モジュール5は、このリレーRLの導通/非導通を切り換えることができる。そして、リレーRLは、自身の導通状態に応じて、リレースイッチSをオン/オフ制御する。なお、ここでは、リレーRLが導通状態ではリレースイッチSがオン、リレーRLが非導通状態ではリレースイッチSがオフとなるようにされていることとする。   Further, a relay RL is connected to the rectifier circuit switching module 5. The rectifier circuit switching module 5 can switch conduction / non-conduction of the relay RL. Then, the relay RL performs on / off control of the relay switch S according to its conduction state. Here, it is assumed that the relay switch S is turned on when the relay RL is in a conductive state, and the relay switch S is turned off when the relay RL is in a non-conductive state.

上記した構成による整流回路の切り換え動作は次のようになる。
整流回路切換モジュール5では、上記のようにして分圧抵抗R11−R12の分圧点から入力される検出電圧を入力して比較する。確認のために述べておくと、この検出電圧は、商用交流電源ACのレベルを示している。
ここで検出電圧は、例えば交流入力電圧VACが150V近傍の所定レベル以上(AC200V系)であるときには上記基準電圧以上となり、交流入力電圧VACが150V近傍の所定レベル以下(AC100V系)であるときには上記基準電圧以下となるように、その分圧比が設定されている。
そして、整流回路切換モジュール5では、分圧レベルが基準電圧以下であるときには、リレーRLをオンとし、基準電圧以上であるときには、リレーRLをオフとする。
The switching operation of the rectifier circuit configured as described above is as follows.
In the rectifier circuit switching module 5, the detection voltage input from the voltage dividing point of the voltage dividing resistors R11-R12 is input and compared as described above. For confirmation, this detection voltage indicates the level of the commercial AC power supply AC.
Here, for example, when the AC input voltage VAC is equal to or higher than a predetermined level near 150 V (AC 200 V system), the detected voltage is equal to or higher than the reference voltage, and when the AC input voltage VAC is equal to or lower than a predetermined level near 150 V (AC 100 V system). The voltage dividing ratio is set so as to be equal to or lower than the reference voltage.
In the rectifier circuit switching module 5, the relay RL is turned on when the divided voltage level is equal to or lower than the reference voltage, and the relay RL is turned off when it is equal to or higher than the reference voltage.

ここで、例えば商用交流電源がAC200V系であるとすると、この場合には、検出電圧レベルが基準電圧以上となるので、整流回路切換モジュール5は、リレーRLをオフとする。これに応じて、リレースイッチSもオフ(オープン)となる。
リレースイッチSがオフの状態では、交流入力電圧VACが正/負となる各期間において、交流入力電圧VACをブリッジ整流回路Diにより整流して平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路に整流電流を充電する動作が得られる。つまり、通常のブリッジ整流回路を備えた全波整流回路による整流動作が得られる。これにより、平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧として、交流入力電圧VACの等倍に対応する整流平滑電圧Eiが得られる。
Here, for example, assuming that the commercial AC power supply is an AC 200V system, in this case, since the detected voltage level is equal to or higher than the reference voltage, the rectifier circuit switching module 5 turns off the relay RL. In response to this, the relay switch S is also turned off (opened).
When the relay switch S is OFF, the AC input voltage VAC is rectified by the bridge rectifier circuit Di and the rectified current is charged to the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2 in each period in which the AC input voltage VAC is positive / negative. Is obtained. That is, a rectification operation by a full-wave rectifier circuit including a normal bridge rectifier circuit can be obtained. As a result, a rectified and smoothed voltage Ei corresponding to an equal multiple of the AC input voltage VAC is obtained as a voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2.

これに対して、商用交流電源がAC100V系であるのに対応して、交流入力電圧VAC=150V以下に対応するレベルの整流平滑電圧Eiが発生したとする。
この場合には、分圧レベルが上記基準電圧以下となって、整流回路切換モジュール5はリレーRLをオンとするので、リレースイッチSはオン(クローズ)となるように制御される。
リレースイッチSがオンの状態では、交流入力電圧VACが正の期間では、ブリッジ整流回路Diによる整流出力が、平滑コンデンサCi1のみに充電される整流電流経路が形成される。一方、交流入力電圧VACが負の期間では、ブリッジ整流回路Diによる整流出力が、平滑コンデンサCi2のみに充電される整流電流経路が形成される。
このようにして整流動作が行われる結果、平滑コンデンサCi1,Ci2の各両端電圧として、交流入力電圧VACの等倍に対応したレベルが生じることになる。従って、平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧である整流平滑電圧Eiとしては、交流入力電圧VACの2倍に対応するレベルが得られる。つまり、いわゆる倍電圧整流回路が形成されるものである。
On the other hand, it is assumed that the rectified and smoothed voltage Ei having a level corresponding to the AC input voltage VAC = 150 V or less is generated in correspondence with the commercial AC power supply of the AC100V system.
In this case, the voltage division level becomes equal to or lower than the reference voltage, and the rectifier circuit switching module 5 turns on the relay RL, so that the relay switch S is controlled to be turned on (closed).
When the relay switch S is on, a rectified current path is formed in which the rectified output from the bridge rectifier circuit Di is charged only to the smoothing capacitor Ci1 when the AC input voltage VAC is positive. On the other hand, when the AC input voltage VAC is negative, a rectified current path is formed in which the rectified output from the bridge rectifier circuit Di is charged only to the smoothing capacitor Ci2.
As a result of the rectifying operation performed in this way, a level corresponding to the same multiple of the AC input voltage VAC is generated as the voltage across each of the smoothing capacitors Ci1 and Ci2. Therefore, a level corresponding to twice the AC input voltage VAC is obtained as the rectified and smoothed voltage Ei that is the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2. That is, a so-called voltage doubler rectifier circuit is formed.

このようにして、図9に示す回路では、商用交流電源AC100V系の場合には、倍電圧整流動作により、交流入力電圧VACの2倍に対応する整流平滑電圧Eiを生成し、商用交流電源AC200V系の場合には、通常の全波整流動作により、交流入力電圧VACの等倍に対応する整流平滑電圧Eiを生成する。つまり、商用電源入力がAC100V系の場合と、AC200V系の場合とで、結果的に同等レベルの整流平滑電圧Eiが得られるようにしている。この整流平滑電圧Eiは、後段の電流共振形コンバータに対して、直流入力電圧として入力されることになる。   Thus, in the circuit shown in FIG. 9, in the case of the commercial AC power supply AC100V system, the rectified and smoothed voltage Ei corresponding to twice the AC input voltage VAC is generated by the voltage doubler rectification operation, and the commercial AC power supply AC200V In the case of the system, a rectified and smoothed voltage Ei corresponding to an equal magnification of the AC input voltage VAC is generated by a normal full-wave rectification operation. That is, as a result, the same level of rectified and smoothed voltage Ei is obtained when the commercial power input is an AC 100V system and an AC 200V system. This rectified and smoothed voltage Ei is input as a DC input voltage to the subsequent current resonance type converter.

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Q1(ハイサイド),Q2(ローサイド)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の各ドレイン−ソース間に対しては、図示する方向により、それぞれダンパーダイオードDD1,DD2を並列に接続している。   As shown in the figure, the current resonance type converter that switches by inputting the DC input voltage is connected by connecting two switching elements Q1 (high side) and Q2 (low side) by MOS-FET by half bridge coupling. Yes. Damper diodes DD1 and DD2 are connected in parallel between the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2, respectively, in the illustrated direction.

また、スイッチング素子Q2のドレイン−ソース間に対しては、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。   A partial resonance capacitor Cp is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2. A parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) is formed by the capacitance of the partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance L1 of the primary winding N1. A partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only when the switching elements Q1, Q2 are turned off is obtained.

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2が設けられる。この発振・ドライブ回路2は、発振回路、駆動回路を有している。そして、発振回路及び駆動回路によって、所要の周波数によるドライブ信号(ゲート電圧)をスイッチング素子Q1,Q2の各ゲートに対して印加する。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。   In this power supply circuit, in order to switch the switching elements Q1 and Q2, for example, an oscillation / drive circuit 2 using a general-purpose IC is provided. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit. Then, a drive signal (gate voltage) having a required frequency is applied to each gate of the switching elements Q1 and Q2 by the oscillation circuit and the drive circuit. Thereby, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation so as to be alternately turned on / off at a required switching frequency.

また、この発振・ドライブ回路2は、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1に対してタップ出力を設けることで形成した三次巻線N3に対して、整流ダイオードD3及びコンデンサC3から成る半波整流回路によって得られた低圧の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。   Further, this oscillation / drive circuit 2 is a half-wave rectifier circuit comprising a rectifier diode D3 and a capacitor C3 with respect to a tertiary winding N3 formed by providing a tap output to the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT. The low-voltage DC voltage obtained by the above is input as an operating power source. Moreover, at the time of starting, it starts by inputting the rectification smoothing voltage Ei via the starting resistance Rs.

絶縁コンバータトランスPIT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の巻始め端部は、一次側並列共振コンデンサC1の直列接続を介して、スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとの接続点(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伝達されるようになっている。
また、一次巻線N1の巻終わり端部は、一次側アースに接続される。
ここで、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のリーケージインダクタンスL1によっては、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する。つまり、図9に示す電源回路におけるスイッチングコンバータの基本構成としては、ハーフブリッジ結合方式による電流共振形コンバータとなる。
The insulating converter transformer PIT transmits the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side. The winding start end of the primary winding N1 of the insulation transformer PIT is connected to the connection point (switching output point) between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2 via the series connection of the primary side parallel resonant capacitor C1. By being connected, a switching output is transmitted.
Further, the winding end of the primary winding N1 is connected to the primary side ground.
Here, depending on the capacitance of the series resonance capacitor C1 and the leakage inductance L1 of the insulating converter transformer PIT including the primary winding N1, a primary side series resonance circuit for making the operation of the primary side switching converter a current resonance type is formed. To do. That is, the basic configuration of the switching converter in the power supply circuit shown in FIG. 9 is a current resonance type converter using a half-bridge coupling method.

上記説明によると、この図に示す一次側スイッチングコンバータとしては、一次側直列共振回路(L1−C1)による電流共振形としての動作と、前述した部分電圧共振回路(Cp//L1)とによる部分電圧共振動作とが得られることになる。
つまり、この図に示す電源回路は、一次側スイッチングコンバータを共振形とするための共振回路に対して、他の共振回路とが組み合わされた形式を採っていることになる。本明細書では、このようなスイッチングコンバータについて、複合共振形コンバータということにする。
According to the above description, the primary side switching converter shown in this figure has the operation as the current resonance type by the primary side series resonance circuit (L1-C1) and the part by the partial voltage resonance circuit (Cp // L1) described above. A voltage resonance operation is obtained.
That is, the power supply circuit shown in this figure adopts a form in which a resonance circuit for making the primary side switching converter a resonance type is combined with another resonance circuit. In this specification, such a switching converter is referred to as a composite resonance type converter.

ここでの図示による説明は省略するが、絶縁コンバータトランスPITの構造としては、例えばフェライト材によるE型コアを組み合わせたEE型コアを備える。そして、一次側と二次側とで巻装部位を分割したうえで、一次巻線N1(三次巻線N3)の組と、次に説明する二次巻線N2,N2Aを、EE型コアの中央磁脚に対して巻装している。
そして、EE型コアの中央磁脚に対しては約1.0mm〜1.5mmのギャップを形成するようにしている。これによって、0.7〜0.8程度の結合係数による疎結合の状態を得るようにしている。
Although illustration explanation here is omitted, the structure of the insulating converter transformer PIT includes, for example, an EE type core in which an E type core made of a ferrite material is combined. Then, after dividing the winding part on the primary side and the secondary side, the set of the primary winding N1 (tertiary winding N3) and the secondary windings N2 and N2A described below are made up of the EE type core. Winding around the central magnetic leg.
A gap of about 1.0 mm to 1.5 mm is formed with respect to the central magnetic leg of the EE type core. As a result, a loosely coupled state with a coupling coefficient of about 0.7 to 0.8 is obtained.

この場合の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。この二次側巻線には、一次巻線N1に伝達されたスイッチング出力に応じた交番電圧が励起される。
二次巻線N2に対しては、図示するようにしてセンタータップを設けて二次側アースに接続した上で、図示するようにして整流ダイオードDO1,DO2、及び平滑コンデンサCOから成る両波整流回路を接続している。これにより、平滑コンデンサCOの両端電圧として二次側直流出力電圧EOが得られる。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。
In this case, a secondary winding N2 is wound on the secondary side of the insulating converter transformer PIT. An alternating voltage corresponding to the switching output transmitted to the primary winding N1 is excited in the secondary winding.
The secondary winding N2 is provided with a center tap as shown in the figure and connected to the secondary side ground, and then, as shown in the figure, a double wave rectification comprising rectifier diodes DO1 and DO2 and a smoothing capacitor CO. The circuit is connected. As a result, the secondary side DC output voltage EO is obtained as the voltage across the smoothing capacitor CO. The secondary side DC output voltage EO is supplied to a load side (not shown) and is also branched and inputted as a detection voltage for the control circuit 1 described below.

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た検出出力を発振・ドライブ回路2に供給する。発振・ドライブ回路2では、入力された制御回路1の検出出力に応じてスイッチング周波数が可変されるようにして、スイッチング素子Q1,Q2を駆動する。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のレベルが安定化されることになる。
ここで、図9に示す電源回路では、商用電源入力がAC100V系とAC200V系の場合とで、それぞれ倍電圧整流動作と全波整流動作との間での切り換えを行うようにされている。これにより、商用電源入力がAC100V系とAC200V系とであるのにかかわらず同等レベルの直流入力電圧(Ei)が得られることとなり、これに応じて、二次側直流出力電圧Eoのレベルとしても、同様にして、AC100V系とAC200V系とで同等となる。
このために、例えば負荷電力Po=0W〜150Wとなる比較的大きな負荷変動幅の条件であっても、先に述べた50KHz〜250KHzの最大可変範囲内でのスイッチング周波数制御により、AC100V系とAC200V系の場合とでともに、二次側直流出力電圧を有効に安定化することが可能となる。このようにして、図9に示す電源回路では、ワイドレンジ対応化を図っている。
The control circuit 1 supplies a detection output corresponding to the level change of the secondary side DC output voltage EO to the oscillation / drive circuit 2. The oscillation / drive circuit 2 drives the switching elements Q1 and Q2 such that the switching frequency is varied according to the input detection output of the control circuit 1. Thus, the level of the secondary side DC output voltage is stabilized by varying the switching frequency of the switching elements Q1, Q2.
Here, in the power supply circuit shown in FIG. 9, switching between a voltage doubler rectification operation and a full-wave rectification operation is performed when the commercial power input is an AC100V system and an AC200V system, respectively. As a result, a DC input voltage (Ei) of the same level can be obtained regardless of whether the commercial power input is an AC 100V system or an AC 200V system, and the level of the secondary side DC output voltage Eo can be set accordingly. Similarly, the AC100V system and the AC200V system are equivalent.
For this reason, for example, even under the condition of a relatively large load fluctuation range where the load power Po = 0 W to 150 W, the AC 100 V system and the AC 200 V are controlled by the switching frequency control within the maximum variable range of 50 KHz to 250 KHz described above. In both cases, the secondary side DC output voltage can be effectively stabilized. In this way, the power supply circuit shown in FIG. 9 is compatible with a wide range.

上記のようにしてAC100V系とAC200V系の商用交流電源のレベルに応じて倍電圧整流回路と全波整流回路とで切り換えを行う構成は、例えば上記文献に記載されている。
特開平7−281770号公報
A configuration in which switching is performed between the voltage doubler rectifier circuit and the full-wave rectifier circuit in accordance with the levels of the AC 100 V system and AC 200 V system commercial AC power as described above is described in, for example, the above-mentioned document.
JP-A-7-281770

これまでの説明から理解されるように、上記図9に示した電源回路においては、電磁リレーによって全波整流動作と倍電圧整流動作を切り換えるように構成している。そして、この構成のために、整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を得るための平滑コンデンサとしては、平滑コンデンサCi1,Ci2の2本が必要とされる。
つまりは、整流動作の切り換えのために、少なくとも、平滑コンデンサを2本に増加し、所要数の電磁リレーを追加することになる。このため、それだけ部品点数が増加してコストアップとなると共に、電源回路基板のマウント面積も拡大して大型化してしまう。特に、これら平滑コンデンサや電磁リレーは、電源回路を形成する部品のうちでも大型であるから、基板サイズは相当に大きくなってしまう。
As can be understood from the above description, the power supply circuit shown in FIG. 9 is configured to switch between full-wave rectification operation and voltage doubler rectification operation by an electromagnetic relay. For this configuration, two smoothing capacitors Ci1 and Ci2 are required as smoothing capacitors for obtaining the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage).
That is, at least the number of smoothing capacitors is increased and a required number of electromagnetic relays are added for switching the rectifying operation. For this reason, the number of parts is increased and the cost is increased, and the mounting area of the power supply circuit board is increased and the size is increased. In particular, since these smoothing capacitors and electromagnetic relays are large among the components forming the power supply circuit, the substrate size becomes considerably large.

また、全波整流動作と倍電圧整流動作を切り換えるための回路として、例えば単純に図9に示した基本的な構成では、次のような誤動作を生じる可能性がある。つまり、AC200V系の商用交流電源が入力されているときに、瞬間停電が生じたり、また、交流入力電圧が定格以下に低下するなどして、AC200系に対応するよりも低いレベルとなると、AC100V系であるとして倍電圧整流回路に切り換えるという動作が生じる。
このような誤動作が生じると、AC200V系のレベルの交流入力電圧について倍電圧整流を行うこととなるために、例えばスイッチング素子Q1,Q2などが耐圧オーバーとなって破壊される可能性もある。
Further, as a circuit for switching between the full-wave rectification operation and the voltage doubler rectification operation, for example, in the basic configuration simply shown in FIG. 9, the following malfunction may occur. In other words, when AC200V commercial AC power is being input, if an instantaneous power failure occurs or the AC input voltage drops below the rated value, the AC100V level becomes lower than that corresponding to the AC200 system. An operation of switching to a voltage doubler rectifier circuit occurs as a system.
When such a malfunction occurs, voltage doubler rectification is performed on an AC input voltage of AC200V system level, so that there is a possibility that the switching elements Q1, Q2, etc. may be destroyed due to overvoltage.

そこで、実際の回路としては、上記のような誤動作が生じないようにするために、メインとなるスイッチングコンバータの直流入力電圧だけではなく、スタンバイ電源側のコンバータ回路の直流入力電圧も検出する構成を採るようにされる。例えば図9の場合であれば、この図に示されている電源回路がメインのスイッチングコンバータとなる。実際には、整流回路切換モジュール5は、図9において図示していないスタンバイ電源のコンバータにて得られる直流入力電圧も検出電圧として入力している。
また、上記のようにしてスタンバイ電源側のコンバータ回路を検出するのに伴っては、整流回路切換モジュール5としてコンパレータICを実装することになるが、これにより、例えばICの外付け部品や周辺回路の部品点数が増加して、上記したコストアップ、及び回路基板サイズの大型化がさらに助長されてしまうことになる。
整流回路切換モジュール5は、このような構成を採る場合において、例えば製造時における部品管理や作業効率を向上させるために、整流動作切り換えのための回路系をモジュールとして組んでユニット化したものとされる。しかしながら、このようにしてユニット化した場合には、ピン端子を追加するなど、さらに多くの部品が必要になるので、コストアップが助長してしまう。
Therefore, as an actual circuit, in order to prevent the above-described malfunction, not only the DC input voltage of the main switching converter but also the DC input voltage of the converter circuit on the standby power supply side is detected. It is made to take. For example, in the case of FIG. 9, the power supply circuit shown in this figure is the main switching converter. Actually, the rectifier circuit switching module 5 also receives a DC input voltage obtained by a converter of a standby power supply not shown in FIG. 9 as a detection voltage.
Further, as the standby power supply side converter circuit is detected as described above, a comparator IC is mounted as the rectifier circuit switching module 5. As a result, the number of parts increases and the above-described cost increase and circuit board size increase are further promoted.
When the rectifier circuit switching module 5 adopts such a configuration, for example, in order to improve parts management and work efficiency during manufacturing, the rectifier circuit switching module 5 is unitized by assembling a circuit system for switching the rectifying operation as a module. The However, in the case of unitization in this way, more parts such as adding pin terminals are required, which increases the cost.

また、誤動作防止を目的としてスタンバイ電源側のコンバータの直流入力電圧を検出するということは、整流動作切り換えのための回路を備えるワイドレンジ対応の電源回路としては、メイン電源の他にスタンバイ電源を備える電子機器でなければ、実際に使用することができないということになる。つまり、電源を実装可能な電子機器の種類が、スタンバイ電源を備えたものに限定されるわけであり、それだけ利用範囲が狭くなっているという問題も有している。   In addition, the detection of the DC input voltage of the converter on the standby power supply side for the purpose of preventing malfunctions means that a wide range compatible power supply circuit having a circuit for switching the rectifying operation includes a standby power supply in addition to the main power supply. This means that it cannot actually be used unless it is an electronic device. In other words, the types of electronic devices that can be equipped with a power supply are limited to those equipped with a standby power supply, and there is a problem that the use range is narrowed accordingly.

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して構成する。
つまり、入力された商用交流電源の等倍に対応するレベルの整流平滑電圧を生成する整流平滑電圧生成手段を備える。
また、整流平滑電圧を直流入力電圧として入力してスイッチング動作を行うスイッチング素子を備えて形成されるスイッチング手段と、スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段を備える。
また、少なくとも、スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次側巻線と、この一次側巻線に得られたスイッチング出力としての交番電圧が励起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスを備える。 また、少なくとも、絶縁コンバータトランスの一次側巻線の漏洩インダクタンス成分と自身のキャパシタンスとによって、スイッチング手段の動作を共振形とする一次側共振回路が形成されるようにして設けられる一次側共振コンデンサを備える。
また、自己のインダクタンスが一次側共振回路を形成するインダクタンス成分となるようにして接続される被制御巻線と、制御巻線とが巻装され、制御巻線に流れる制御電流のレベルに応じて被制御巻線のインダクタンスが可変されるようにして形成される制御トランスと、商用交流電源のレベルに応じて可変したレベルの制御電流を制御巻線に流すようにして設けられる電流制御手段を備える。
また、絶縁コンバータトランスの二次巻線に得られる交番電圧を入力して、整流動作を行うことで二次側直流出力電圧を生成するように構成された直流出力電圧生成手段と、二次側直流出力電圧のレベルに応じてスイッチング駆動手段を制御して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、を備えて構成する。
In view of the above-described problems, the present invention is configured as a switching power supply circuit as follows.
That is, a rectified and smoothed voltage generating means for generating a rectified and smoothed voltage at a level corresponding to the same size as the input commercial AC power supply is provided.
In addition, a switching means formed by including a switching element that performs a switching operation by inputting a rectified and smoothed voltage as a DC input voltage, and a switching drive means that switches the switching element.
Further, at least a primary winding supplied with a switching output obtained by the switching operation of the switching means and a secondary winding excited with an alternating voltage obtained as a switching output obtained in the primary winding are wound. An insulated converter transformer is provided. In addition, a primary side resonance capacitor provided to form a primary side resonance circuit that makes the operation of the switching means a resonance type by at least the leakage inductance component of the primary side winding of the insulating converter transformer and its own capacitance. Prepare.
In addition, a controlled winding connected so that its own inductance becomes an inductance component forming a primary side resonance circuit and a control winding are wound, and depending on the level of control current flowing in the control winding A control transformer formed such that the inductance of the controlled winding is variable, and a current control means provided so as to flow a control current of a variable level according to the level of the commercial AC power source to the control winding. .
DC output voltage generating means configured to generate a secondary side DC output voltage by inputting an alternating voltage obtained in the secondary winding of the insulating converter transformer and performing a rectification operation; and a secondary side Constant voltage control means configured to perform constant voltage control on the secondary side DC output voltage by controlling the switching drive means in accordance with the level of the DC output voltage to vary the switching frequency of the switching means, and Prepare and configure.

上記構成によると、商用交流電源のレベルに応じて、被制御巻線のインダクタンスが可変されることになるが、この被制御巻線のインダクタンスは、一次側共振回路を形成するためのインダクタンス成分である。従って、商用交流電源のレベルに応じては、一次側共振回路の共振周波数が可変されることになる。
このようにして、商用交流電源のレベルに応じて、一次側共振回路の共振周波数を可変することとすれば、安定化に要求されるスイッチング周波数の制御範囲を、商用交流電源のレベルに応じて設定することが可能となる。
According to the above configuration, the inductance of the controlled winding is varied according to the level of the commercial AC power supply. The inductance of the controlled winding is an inductance component for forming the primary side resonance circuit. is there. Therefore, the resonance frequency of the primary side resonance circuit is varied according to the level of the commercial AC power supply.
In this way, if the resonance frequency of the primary side resonance circuit is made variable according to the level of the commercial AC power supply, the control range of the switching frequency required for stabilization can be set according to the level of the commercial AC power supply. It becomes possible to set.

このことから、本発明としては、例えば商用交流電源の定格レベルに適合して、安定化に要求されるスイッチング周波数の制御範囲を設定することが可能となる。これにより、例えば商用交流電源の定格レベルにかかわらず、安定化に要求されるスイッチング周波数の制御範囲を、例えばスイッチング電源回路におけるスイッチング周波数の可変範囲内とすることが可能になる。つまり、商用交流電源のレベル変化にかかわらず適正に安定化を図ることのできるワイドレンジ対応のスイッチング電源回路が得られることになる。
これにより、直流入力電圧(整流平滑電圧)を生成する整流回路について、商用交流電源レベルに応じて倍電圧整流動作と全波整流動作とで切り換えを行う構成を採る必要はなくなる。このために、直流入力電圧生成のための整流回路を形成する平滑コンデンサは、例えば2本から1本に削減されることになる。
また、スイッチング素子数としても、例えばハーフブリッジ結合を形成するのに最低限の2本でよいこととなり、この点でも、部品点数の削減が図られる。このようにして部品点数が削減されることによっては、回路基板の小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。また、スイッチング素子数が必要最小限であることから、スイッチングノイズも必要最小限なレベルに抑えることが可能になる。
Thus, according to the present invention, for example, it is possible to set the control range of the switching frequency required for stabilization in conformity with the rated level of the commercial AC power supply. Accordingly, for example, regardless of the rated level of the commercial AC power supply, the control range of the switching frequency required for stabilization can be set within the variable range of the switching frequency in the switching power supply circuit, for example. That is, a wide range compatible switching power supply circuit can be obtained that can be properly stabilized regardless of the level change of the commercial AC power supply.
This eliminates the need for a rectifier circuit that generates a DC input voltage (rectified and smoothed voltage) to switch between a voltage doubler rectification operation and a full-wave rectification operation according to the commercial AC power supply level. For this reason, the number of smoothing capacitors forming the rectifier circuit for generating the DC input voltage is reduced from two to one, for example.
In addition, the minimum number of switching elements may be two, for example, for forming a half-bridge connection. In this respect as well, the number of parts can be reduced. By reducing the number of components in this way, the circuit board can be reduced in size and weight and cost can be reduced. Further, since the number of switching elements is the minimum necessary, the switching noise can be suppressed to the minimum level.

図1は、先に本出願人が提案している電源回路を基とした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、スイッチング周波数制御方式を採る電流共振形コンバータを備えた、ワイドレンジ対応を可能とした構成を採っている。
この図1に示す電源回路は、一次側に対して、4石のスイッチング素子を備えたフルブリッジ結合方式の電流共振形コンバータが備えられる。そして、後述するようにして、商用交流電源の定格がAC100V系とAC200V系の場合とで、スイッチング動作について、フルブリッジ結合方式とハーフブリッジ結合方式との間で切り換えが行われるようにすることで、ワイドレンジ対応としている。
また、スイッチング駆動方式としては他励式を採る。そして、この電流共振形コンバータのスイッチング素子がターンオン/ターンオフする時にのみ電圧共振する部分電圧共振回路が組み合わされている。
FIG. 1 shows a configuration example of a power supply circuit based on the power supply circuit previously proposed by the present applicant. The power supply circuit shown in this figure has a configuration that is compatible with a wide range and includes a current resonance type converter that employs a switching frequency control system.
The power supply circuit shown in FIG. 1 is provided with a full-bridge coupled current resonance type converter having four switching elements on the primary side. As described later, the switching operation is switched between the full-bridge coupling method and the half-bridge coupling method when the commercial AC power supply is rated for the AC100V system and the AC200V system. It is compatible with a wide range.
Further, a separate excitation type is adopted as the switching drive method. A partial voltage resonance circuit that performs voltage resonance only when the switching element of the current resonance type converter is turned on / off is combined.

図1に示す回路においては、先ず、商用交流電源ACに対して、図示するようにして1組のコモンモードチョークコイルCMCと、2組のアクロスコンデンサCL,CLから成るコモンモードノイズフィルタが接続されている。
そして、商用交流電源ACに対しては、ブリッジ整流回路Di及び平滑コンデンサCiとから成る全波整流回路が備えられる。この場合、平滑コンデンサCiの両端には、交流入力電圧VACの等倍のみに対応するレベルの整流平滑電圧Eiが得られる。この整流平滑電圧Eiは、直流入力電圧として後段の電流共振形コンバータに対して入力される。
このようにして、図1に示す電源回路では、例えば先に図9に示したようにして、整流動作を切り換えるための回路系は備えられていないことが分かる。
In the circuit shown in FIG. 1, a commercial AC power supply AC is first connected to a common mode noise filter consisting of a pair of common mode choke coils CMC and two sets of across capacitors CL and CL as shown. ing.
The commercial AC power supply AC is provided with a full-wave rectifier circuit including a bridge rectifier circuit Di and a smoothing capacitor Ci. In this case, a rectified and smoothed voltage Ei having a level corresponding to only the equal magnification of the AC input voltage VAC is obtained at both ends of the smoothing capacitor Ci. This rectified and smoothed voltage Ei is input as a DC input voltage to the subsequent current resonance converter.
Thus, it can be seen that the power supply circuit shown in FIG. 1 is not provided with a circuit system for switching the rectifying operation, for example, as shown in FIG.

この図に示す電流共振形コンバータは、フルブリッジ結合方式とされることに対応して4石のスイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4を備える。また、この場合には他励式とされることに対応して、これらスイッチング素子Q1〜Q4には、電圧駆動タイプであるMOS−FETを選定している。   The current resonance type converter shown in this figure includes four switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 corresponding to the full-bridge coupling method. In this case, corresponding to the separately excited type, a MOS-FET which is a voltage drive type is selected for these switching elements Q1 to Q4.

スイッチング素子Q1のドレインは、整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)のラインと接続される。スイッチング素子Q1のソースは、スイッチング素子Q2のドレインと接続される。スイッチング素子Q2のソースは一次側アースに対して接続される。
つまり、スイッチングQ1,Q2は、スイッチング素子Q1がハイサイドで、スイッチング素子Q2がローサイドとなるように、ハーフブリッジ結合されるようにして直列に接続され、これにより、1組のハーフブリッジ回路を形成している。
The drain of the switching element Q1 is connected to the line of the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage). The source of switching element Q1 is connected to the drain of switching element Q2. The source of the switching element Q2 is connected to the primary side ground.
That is, the switching Q1 and Q2 are connected in series so as to be half-bridged so that the switching element Q1 is on the high side and the switching element Q2 is on the low side, thereby forming a pair of half-bridge circuits. doing.

同様にして、スイッチング素子Q3のドレインは、整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)のラインと接続され、ソースは、スイッチング素子Q4のドレインと接続される。スイッチング素子Q4のソースは一次側アースに対して接続される。
つまり、スイッチングQ3,Q4については、スイッチング素子Q3がハイサイドで、スイッチング素子Q4がローサイドとなるようにしてハーフブリッジ結合して接続され、もう1組のハーフブリッジ回路を形成する。
このような接続態様に依れば、スイッチング素子[Q1,Q2]の組と、スイッチング素子[Q3,Q4]の組とによる2組のハーフブリッジ回路が、直流入力電圧(Ei)のラインと一次側アース間に対して並列に挿入されていることになる。これにより、フルブリッジ結合方式としてのスイッチング回路系が形成されることになる。
Similarly, the drain of the switching element Q3 is connected to the line of the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage), and the source is connected to the drain of the switching element Q4. The source of the switching element Q4 is connected to the primary side ground.
That is, the switching elements Q3 and Q4 are connected by half-bridge coupling so that the switching element Q3 is on the high side and the switching element Q4 is on the low side, thereby forming another set of half-bridge circuits.
According to such a connection mode, two sets of half-bridge circuits including a set of switching elements [Q1, Q2] and a set of switching elements [Q3, Q4] are connected to the DC input voltage (Ei) line and the primary. It is inserted in parallel between the side grounds. As a result, a switching circuit system as a full bridge coupling method is formed.

また、スイッチング素子Q1のドレイン−ソース間には、クランプダイオードDD1が並列に接続される。クランプダイオードDD1のアノード、カソードは、それぞれ、スイッチング素子Q1のソース、ドレインに対して接続される。このクランプダイオードDD1は、スイッチング素子Q1と共に1組のスイッチング回路を形成し、スイッチング素子Q1がターンオンするときの逆方向電流を流す経路を形成する。
同様の接続態様により、スイッチング素子Q2,Q3,Q4に対しても、それぞれ、クランプダイオードDD2,DD3,DD4が並列に接続される。
A clamp diode DD1 is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q1. The anode and cathode of the clamp diode DD1 are connected to the source and drain of the switching element Q1, respectively. The clamp diode DD1 forms a pair of switching circuits together with the switching element Q1, and forms a path through which a reverse current flows when the switching element Q1 is turned on.
In the same connection manner, clamp diodes DD2, DD3, and DD4 are connected in parallel to switching elements Q2, Q3, and Q4, respectively.

また、各ハーフブリッジ回路におけるローサイドのスイッチング素子Q2,Q4のドレイン−ソース間に対しては、それぞれ並列に、部分共振コンデンサCp1,Cp2が接続されている。
部分共振コンデンサCp1,Cp2のキャパシタンスと、後述する絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の漏洩インダクタンス成分L1によっては、それぞれ並列共振回路(部分電圧共振回路)を形成する。
そして、このようにして、部分電圧共振回路が形成されることによっては、スイッチング素子Q1〜Q4がターンオン/ターンオフする短期間にのみ電圧共振する部分電圧共振動作が得られる。
なお、これらスイッチング素子Q1〜Q4についてのスイッチング駆動回路系の構成については後述する。
In addition, partial resonance capacitors Cp1 and Cp2 are connected in parallel between the drain and source of the low-side switching elements Q2 and Q4 in each half bridge circuit.
A parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) is formed by the capacitances of the partial resonance capacitors Cp1 and Cp2 and the leakage inductance component L1 of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT described later.
By forming the partial voltage resonance circuit in this way, a partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only in a short period of time when the switching elements Q1 to Q4 are turned on / off is obtained.
The configuration of the switching drive circuit system for these switching elements Q1 to Q4 will be described later.

絶縁コンバータトランスPITはスイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング出力を二次側に伝送する。
絶縁コンバータトランスPITの構造としては、ここでの図示は省略するが、例えばEE型コアに対して、一次巻線N1及び二次巻線N2を、一次側と二次側とに対応して形成された分割領域の各々に巻装して構成される。また、この場合の絶縁コンバータトランスPITにおいては、図示するように、一次側に三次巻線N3も巻装される。
The insulating converter transformer PIT transmits the switching outputs of the switching elements Q1 to Q4 to the secondary side.
Although the illustration of the structure of the insulating converter transformer PIT is omitted here, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are formed corresponding to the primary side and the secondary side, for example, for the EE type core. Each of the divided areas is wound around. Further, in the insulating converter transformer PIT in this case, as shown in the figure, the tertiary winding N3 is also wound on the primary side.

絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の一端は、直列共振コンデンサC1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のドレインの接続点(スイッチング出力点)に接続される。また一次巻線N1の他端は、スイッチング素子Q3のソースとスイッチング素子Q4のドレインの接続点(スイッチング出力点)に接続される。   One end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to a connection point (switching output point) between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2 via the series resonant capacitor C1. The other end of the primary winding N1 is connected to a connection point (switching output point) between the source of the switching element Q3 and the drain of the switching element Q4.

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のインダクタンス成分L1を含む絶縁コンバータトランスPITの漏洩インダクタンス成分(L1)によっては一次側直列共振回路が形成される。
フルブリッジ結合方式では、後述するようにして、スイッチング素子[Q1,Q4]の組と、スイッチング素子[Q2,Q3]の組が交互にオン/オフするタイミングでスイッチング動作するが、上記のようにして一次巻線N1−直列共振コンデンサC1から成る一次側直列共振回路が、スイッチング出力点と接続されていることで、この一次側直列共振回路には、スイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング出力が伝達されることになる。そして、このスイッチング出力に応じて一次側直列共振回路が共振動作を行うことで、電流共振形としての動作が得られる。そして、一次巻線N1には、この電流共振形としての動作に応じて、共振波形に近い一次巻線電流I1が得られることとなる。
A primary side series resonance circuit is formed by the capacitance of the series resonance capacitor C1 and the leakage inductance component (L1) of the insulating converter transformer PIT including the inductance component L1 of the primary winding N1.
In the full-bridge coupling method, as described later, a switching operation is performed at the timing when the pair of switching elements [Q1, Q4] and the pair of switching elements [Q2, Q3] are alternately turned on / off. Since the primary side series resonant circuit comprising the primary winding N1 and the series resonant capacitor C1 is connected to the switching output point, the switching outputs of the switching elements Q1 to Q4 are transmitted to the primary side series resonant circuit. Will be. Then, the primary side series resonance circuit performs a resonance operation in accordance with the switching output, whereby an operation as a current resonance type is obtained. In the primary winding N1, a primary winding current I1 close to the resonance waveform is obtained according to the operation as the current resonance type.

このようにして、図1に示す電源回路のスイッチングコンバータとしては、フルブリッジ結合方式に対応する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。つまり、複合共振形コンバータとしての構成が採られている。   In this way, the switching converter of the power supply circuit shown in FIG. 1 has a combined operation of the current resonance type corresponding to the full bridge coupling method and the partial voltage resonance operation described above. . That is, a configuration as a composite resonance type converter is adopted.

また、絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2には、上記一次巻線N1に伝達されるスイッチング出力に応じて励起された交番電圧が発生する。
この場合、二次巻線N2に対しては、センタータップが設けられている。このセンタータップは二次側アースに接続される。そのうえで、図示するようにして、二次巻線N2に対して、2本の整流ダイオードDO1,DO2、及び平滑コンデンサCoを接続することで、両波整流回路が形成される。この両波整流回路が、二次巻線N2に励起された交番電圧を入力して整流動作を行うことによって、平滑コンデンサCOの両端電圧として、二次側直流出力電圧EOが得られる。
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。さらに、この二次側直流出力電圧EOは、図示するように制御回路1のための検出電圧としても分岐して入力される。
An alternating voltage excited in accordance with the switching output transmitted to the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT.
In this case, a center tap is provided for the secondary winding N2. This center tap is connected to the secondary side ground. In addition, as shown in the figure, a two-wave rectifier circuit is formed by connecting two rectifier diodes D01 and D02 and a smoothing capacitor Co to the secondary winding N2. The double-wave rectifier circuit receives the alternating voltage excited by the secondary winding N2 and performs a rectification operation, whereby a secondary side DC output voltage EO is obtained as a voltage across the smoothing capacitor CO.
The secondary side DC output voltage EO is supplied to a load (not shown). Further, this secondary side DC output voltage EO is also branched and inputted as a detection voltage for the control circuit 1 as shown.

絶縁コンバータトランスPITの一次側に巻装される三次巻線N3に対しては、図示するようにして、ダイオードD4及びコンデンサC4から成る半波整流回路が接続される。この半波整流回路によって得られた低圧の直流電圧は、後述する発振・ドライブ回路2及びドライブ回路3の各々に対して動作電源として供給される。   A half-wave rectifier circuit composed of a diode D4 and a capacitor C4 is connected to the tertiary winding N3 wound on the primary side of the insulating converter transformer PIT as shown in the figure. The low-voltage DC voltage obtained by this half-wave rectifier circuit is supplied as an operating power source to each of an oscillation / drive circuit 2 and a drive circuit 3 to be described later.

制御回路1は、例えば二次側の直流出力電圧EOのレベルに応じてそのレベルが可変される電流又は電圧を制御出力として得る。この制御出力は、発振・ドライブ回路2に対して出力される。
発振・ドライブ回路2では、後述するようにして発振信号を生成するとともに、この発振信号を利用して、スイッチング素子を他励式により駆動するためのハイサイド用とローサイド用のドライブ信号を出力する。そして、このドライブ信号によって、スイッチング素子Q1〜Q4が所要のスイッチングタイミングによりスイッチング駆動されることになる。
そして、発振・ドライブ回路2では、制御回路1から入力された制御出力レベルに応じて、内部で生成する発振信号の周波数を可変するように動作する。これによって、ドライブ信号の周波数が制御出力レベルに応じて可変されることになる。つまり、発振・ドライブ回路2では、制御端子Vcに入力された制御出力レベルに応じて、スイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング周波数を可変制御するように動作する。
スイッチング周波数が可変されることによっては、直列共振回路における共振インピーダンスが変化することになる。このようにして共振インピーダンスが変化することによっては、一次側の直列共振回路の一次巻線N1に供給される電流量が変化して二次側に伝送される電力も変化することになる。これにより、二次側出力電圧が変化することとなって定電圧制御が図られることになる。
The control circuit 1 obtains, as a control output, a current or voltage whose level is varied according to the level of the secondary side DC output voltage EO, for example. This control output is output to the oscillation / drive circuit 2.
The oscillation / drive circuit 2 generates an oscillation signal as will be described later, and uses this oscillation signal to output a high-side drive signal and a low-side drive signal for driving the switching element by separate excitation. Then, with this drive signal, the switching elements Q1 to Q4 are switched and driven at a required switching timing.
The oscillation / drive circuit 2 operates so as to vary the frequency of the oscillation signal generated internally in accordance with the control output level input from the control circuit 1. As a result, the frequency of the drive signal is varied according to the control output level. That is, the oscillation / drive circuit 2 operates to variably control the switching frequency of the switching elements Q1 to Q4 according to the control output level input to the control terminal Vc.
By changing the switching frequency, the resonance impedance in the series resonance circuit changes. As the resonance impedance changes in this way, the amount of current supplied to the primary winding N1 of the primary side series resonance circuit changes, and the power transmitted to the secondary side also changes. As a result, the secondary output voltage changes, and constant voltage control is achieved.

続いては、図1に示す電源回路における、スイッチング素子Q1〜Q4をスイッチング駆動するためのスイッチング駆動回路系について説明する。図1に示す電源回路は、スイッチング駆動回路系として、1つの発振・ドライブ回路2と、ドライブ回路3とを備えて成る。   Next, a switching drive circuit system for driving the switching elements Q1 to Q4 in the power supply circuit shown in FIG. 1 will be described. The power supply circuit shown in FIG. 1 includes a single oscillation / drive circuit 2 and a drive circuit 3 as a switching drive circuit system.

発振・ドライブ回路2は、電流共振形コンバータを他励式により駆動するための発振回路、制御回路、及び保護回路等を備えて構成されるもので、内部にバイポーラトランジスタを備えたアナログIC(Integrated Circuit)とされる。
この発振・ドライブ回路2は、前述もしたように、三次巻線N3、ダイオードD3、コンデンサC3から成る半波整流回路により得られた直流電圧を入力して動作する。また、電源起動時においては、起動抵抗Rsを介して入力される整流平滑電圧Eiを起動用電源として入力して動作を開始できるようにされている。
The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit, a control circuit, a protection circuit, and the like for driving a current resonance type converter by a separate excitation type, and an analog IC (Integrated Circuit) having a bipolar transistor therein. ).
As described above, the oscillation / drive circuit 2 operates by inputting a DC voltage obtained by a half-wave rectifier circuit including the tertiary winding N3, the diode D3, and the capacitor C3. Further, at the time of power activation, the rectified and smoothed voltage Ei input via the activation resistor Rs can be input as the activation power source so that the operation can be started.

そして、発振・ドライブ回路2においては、スイッチング素子に対してドライブ信号(ゲート電圧)を出力するための端子として、2つのドライブ信号を出力するようにされている。つまり、ハイサイドのスイッチング素子をスイッチング駆動するためのドライブ信号SD1と、ローサイドのスイッチング素子をスイッチング駆動するためのドライブ信号SD2を出力する。
そして、この場合には、ドライブ信号SD1は、ハイサイドのスイッチング素子Q1のゲートに印加される。ドライブ信号SD2は、ローサイドのスイッチング素子Q2のゲートに印加される。なお、ドライブ信号SD1は、ハイサイド側のスイッチング素子Q1を適正にドライブ可能なレベルとなるように、ドライブ信号SD2に対してレベルシフトされた上で出力されている。また、これらドライブ信号SD1,SD2は、分岐して、ドライブ回路3に対しても入力される。
The oscillation / drive circuit 2 outputs two drive signals as terminals for outputting a drive signal (gate voltage) to the switching element. That is, the drive signal SD1 for switching the high-side switching element and the drive signal SD2 for switching the low-side switching element are output.
In this case, the drive signal SD1 is applied to the gate of the high-side switching element Q1. The drive signal SD2 is applied to the gate of the low-side switching element Q2. The drive signal SD1 is output after being level-shifted with respect to the drive signal SD2 so that the switching element Q1 on the high side can be driven appropriately. The drive signals SD1 and SD2 branch and are also input to the drive circuit 3.

ドライブ回路3では、入力されたドライブ信号SD1については、ローサイドのスイッチング素子をドライブするための電圧レベルにシフトさせ、ドライブ信号SD4としてスイッチング素子Q4のゲートに印加する。また、ドライブ信号SD2については、ハイサイドのスイッチング素子をドライブするための電圧レベルにシフトさせ、ドライブ信号SD3としてスイッチSwを介してスイッチング素子Q4のゲートに印加する。
また、ドライブ回路3に対しては、整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を、分圧抵抗R1−R2により所定の分圧比により分圧して得られる検出電圧が入力されるようになっている。ドライブ回路3では、後述するようにして、この検出電圧のレベルに応じて、スイッチSwをオン/オフコントロールする。なお、このスイッチSwは、例えば小電力のバイポーラトランジスタなどをスイッチ素子として用いた構成を採ればよい。
In the drive circuit 3, the input drive signal SD1 is shifted to a voltage level for driving the low-side switching element and applied to the gate of the switching element Q4 as the drive signal SD4. Further, the drive signal SD2 is shifted to a voltage level for driving the high-side switching element, and applied to the gate of the switching element Q4 through the switch Sw as the drive signal SD3.
The drive circuit 3 is supplied with a detection voltage obtained by dividing the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) by a voltage dividing resistor R1-R2 at a predetermined voltage dividing ratio. In the drive circuit 3, as will be described later, the switch Sw is turned on / off in accordance with the level of the detected voltage. The switch Sw may be configured to use, for example, a low-power bipolar transistor as a switch element.

図1に示す電源回路では、後述するようにして、交流入力電圧VAC(商用交流電源AC)のレベルに応じて、フルブリッジ結合方式によるスイッチング動作と、ハーフブリッジ結合方式によるスイッチング動作とで切り換えが行われる。しかしここでは、基本的な動作として、フルブリッジ結合方式の場合に対応して、スイッチング素子Q1〜Q4の全てをスイッチング駆動するときの動作について説明しておくこととする。   In the power supply circuit shown in FIG. 1, switching is performed between a switching operation by a full bridge coupling method and a switching operation by a half bridge coupling method in accordance with the level of the AC input voltage VAC (commercial AC power supply AC) as described later. Done. However, here, as a basic operation, an operation when all of the switching elements Q1 to Q4 are driven to be switched will be described corresponding to the case of the full bridge coupling method.

発振・ドライブ回路2では、前述したように、ハイサイドのスイッチング素子を駆動するためのハイサイド用のドライブ信号SD1と、ローサイドのスイッチング素子を駆動するためのローサイド用のドライブ信号SD2とを出力する。
ここで、ドライブ信号SD1及びドライブ信号SD2は、スイッチング素子をオンとするのに対応しては所定レベルで立ち上がり、オフとするのに応じては所定レベルで立ち下がるようにされたパルス波形となるものであり、このパルス波形が相互に180°の位相差を有するようにして生成される。
これにより、先ず、ハイサイドとローサイドの関係にあるスイッチング素子Q1,Q2については、交互にオン/オフするようにスイッチング駆動されることになる。
As described above, the oscillation / drive circuit 2 outputs the high-side drive signal SD1 for driving the high-side switching element and the low-side drive signal SD2 for driving the low-side switching element. .
Here, the drive signal SD1 and the drive signal SD2 have a pulse waveform that rises at a predetermined level in response to turning on the switching element and falls at a predetermined level in response to turning off. These pulse waveforms are generated so as to have a phase difference of 180 ° from each other.
As a result, first, the switching elements Q1 and Q2 having a high-side and low-side relationship are driven to be switched on and off alternately.

一方、ドライブ回路3では、入力されたドライブ信号SD1をレベルシフトした上で、ドライブ信号SD4としてローサイドのスイッチング素子Q4に印加している。同様にして、入力されたドライブ信号SD2をレベルシフトした上で、ドライブ信号SD3としてハイサイドのスイッチング素子Q3に印加している。つまり、波形タイミングとしては、ドライブ信号SD1,SD4の組が同じとなり、ドライブ信号SD2,SD3の組が同じとなる。そのうえで、ドライブ信号SD1,SD4の組と、ドライブ信号SD2,SD3の組とでは、相互に180°の位相差を有するようなタイミングとされていることになる。   On the other hand, in the drive circuit 3, the input drive signal SD1 is level-shifted and applied to the low-side switching element Q4 as the drive signal SD4. Similarly, the input drive signal SD2 is level-shifted and then applied to the high-side switching element Q3 as the drive signal SD3. That is, as the waveform timing, the set of drive signals SD1 and SD4 is the same, and the set of drive signals SD2 and SD3 is the same. In addition, the drive signals SD1 and SD4 and the drive signals SD2 and SD3 are set to have a phase difference of 180 ° from each other.

このことから、スイッチング素子Q1,Q4は同じタイミングでオン/オフ駆動され、同様に、スイッチング素子Q2,Q3も、同じタイミングでオン/オフ駆動されることになる。そのうえで、スイッチング素子[Q1,Q4]の組と、スイッチング素子[Q2,Q3]の組とでは、交互にオン/オフするようにしてスイッチング駆動されることとなる。   Therefore, the switching elements Q1 and Q4 are turned on / off at the same timing, and similarly, the switching elements Q2 and Q3 are also turned on / off at the same timing. In addition, the group of switching elements [Q1, Q4] and the group of switching elements [Q2, Q3] are driven to be switched on and off alternately.

このときのスイッチング動作として、スイッチング素子[Q1,Q4]の組がオンとなっているときには、出力として、スイッチング素子Q1のドレイン−ソース→直列共振コンデンサC1→一次巻線N1→スイッチング素子Q4のドレイン−ソース→一次側アースの経路で電流が流れる。
また、スイッチング素子[Q2,Q3]の組がオンとなっているときには、出力として、スイッチング素子Q3のドレイン−ソース→一次巻線N1→直列共振コンデンサC1→スイッチング素子Q2のドレイン−ソース→一次側アースの経路で電流が流れる。そして、この動作が繰り返されるのに応じて、一次側直列共振回路(C1−N1)では共振動作が得られることになり、絶縁コンバータトランスの一次側巻線N1に共振電流波形に近いドライブ電流を供給することになる。
このようにしてスイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4がスイッチングを行う動作が、フルブリッジ結合方式としてのスイッチング動作となる。
As a switching operation at this time, when the set of the switching elements [Q1, Q4] is on, the output is the drain-source of the switching element Q1 → the series resonant capacitor C1 → the primary winding N1 → the drain of the switching element Q4. -Current flows through the source → primary side ground.
When the pair of switching elements [Q2, Q3] is on, the output is the drain-source of the switching element Q3 → the primary winding N1 → the series resonant capacitor C1 → the drain-source of the switching element Q2 → the primary side. Current flows through the ground path. As this operation is repeated, a resonance operation is obtained in the primary side series resonance circuit (C1-N1), and a drive current close to the resonance current waveform is applied to the primary winding N1 of the insulating converter transformer. Will be supplied.
An operation in which the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 perform switching in this way is a switching operation as a full bridge coupling method.

また、上記のようにしてスイッチング素子[Q1,Q4]の組がターンオフ/ターンオンするタイミングでは、スイッチング素子Q4に対して接続された並列共振コンデンサCp2が、自身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によって並列共振回路を形成し、電圧共振動作を行う。つまり、スイッチング素子[Q1,Q4]の組のターンオフ/ターンオン時にのみ電圧共振となる部分電圧共振動作が得られる。
同様にして、スイッチング素子[Q2,Q3]の組がターンオフ/ターンオンするタイミングでは、スイッチング素子Q2に対して接続された並列共振コンデンサCp1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によって並列共振回路が形成される。そして、スイッチング素子[Q2,Q3]の組のターンオフ/ターンオン時において部分電圧共振動作が得られる。
Further, at the timing when the pair of switching elements [Q1, Q4] is turned off / turned on as described above, the parallel resonant capacitor Cp2 connected to the switching element Q4 has its own capacitance and the leakage inductance of the primary winding N1. A parallel resonance circuit is formed by the component L1, and a voltage resonance operation is performed. That is, a partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only when the pair of switching elements [Q1, Q4] is turned off / turned on can be obtained.
Similarly, at the timing when the pair of switching elements [Q2, Q3] is turned off / turned on, the parallel resonant circuit is generated by the capacitance of the parallel resonant capacitor Cp1 connected to the switching element Q2 and the leakage inductance component L1 of the primary winding N1. Is formed. A partial voltage resonance operation can be obtained at the time of turn-off / turn-on of the set of the switching elements [Q2, Q3].

このようにして、図1の回路では、スイッチング素子[Q1,Q4][Q2,Q3]の各組(スイッチング回路)が交互にオン/オフするフルブリッジ結合方式の電流共振形コンバータと、部分電圧共振回路(Cp1,Cp2,N1)が組み合わされたコンバータが形成されているものである。   In this way, in the circuit of FIG. 1, a full-bridge coupled current resonance type converter in which each set (switching circuit) of switching elements [Q1, Q4] [Q2, Q3] is alternately turned on / off, and a partial voltage A converter in which resonance circuits (Cp1, Cp2, N1) are combined is formed.

そして、図1に示す電源回路は、上記した他励式フルブリッジ結合方式の構成の下で、以降説明するようにして、AC100V系ではフルブリッジ結合方式によるスイッチング動作(フルブリッジ動作)となり、AC200V系ではハーフブリッジ結合方式によるスイッチング動作(ハーフブリッジ動作)となるように、スイッチング動作を切り換える構成を採る。   The power supply circuit shown in FIG. 1 performs the switching operation (full bridge operation) by the full bridge coupling method in the AC 100V system as described below under the above-described configuration of the separately excited full bridge coupling method, and the AC 200V system. Then, the structure which switches switching operation | movement is taken so that it may become switching operation (half-bridge operation | movement) by a half-bridge coupling system.

図1に示す電源回路においては、平滑コンデンサCiに対して並列に、分圧抵抗R1−R2を直列接続した分圧回路が接続される。そして、この分圧抵抗R1−R2の接続点(分圧点)に得られる電圧が、前述もしたように、検出電圧としてドライブ回路3に入力されるようになっている。この検出電圧は、平滑コンデンサCiに対して並列に接続されていることから分かるように、整流平滑電圧Ei(直流入力電圧Ei)を分圧したものとなる。ここで、整流平滑電圧Eiのレベルは、商用交流電源ACのレベルに応じたものとなるから、検出電圧としても、商用交流電源ACのレベルに応じたものである、ということになる。   In the power supply circuit shown in FIG. 1, a voltage dividing circuit in which voltage dividing resistors R1-R2 are connected in series is connected in parallel to the smoothing capacitor Ci. The voltage obtained at the connection point (voltage dividing point) of the voltage dividing resistors R1-R2 is input to the drive circuit 3 as the detection voltage as described above. As can be seen from the fact that the detected voltage is connected in parallel to the smoothing capacitor Ci, the detected voltage is obtained by dividing the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage Ei). Here, since the level of the rectified and smoothed voltage Ei corresponds to the level of the commercial AC power supply AC, the detected voltage also corresponds to the level of the commercial AC power supply AC.

ドライブ回路3では、この検出電圧として、例えば交流入力電圧VACが150V近傍以下に対応する、AC100V系とされるレベルであることを検出したときには、ドライブ信号SD3とスイッチング素子Q3のゲートとの間に挿入されているスイッチSwについて、オンとするように制御する。このときには、スイッチング素子Q3のゲートに対して、ドライブ信号SD3が印加される状態が得られることになる。
これにより、例えば先に図8を参照して説明したように、4つのスイッチング素子Q1〜Q4がスイッチング駆動される状態が得られる。つまり、フルブリッジ動作が得られる。
In the drive circuit 3, for example, when it is detected that the AC input voltage VAC is at a level corresponding to the AC 100V system corresponding to the vicinity of 150V or less, the detected voltage is between the drive signal SD3 and the gate of the switching element Q3. The inserted switch Sw is controlled to be turned on. At this time, a state in which the drive signal SD3 is applied to the gate of the switching element Q3 is obtained.
As a result, for example, as described above with reference to FIG. 8, a state in which the four switching elements Q1 to Q4 are driven to be switched is obtained. That is, a full bridge operation is obtained.

これに対して、ドライブ回路3においては、上記検出電圧について、交流入力電圧VACが150V近傍以上に対応する、AC200V系とされるレベルであることを検出したときには、スイッチSwをオフ状態とするように制御する。
これにより、スイッチング素子Q3のゲートに対してドライブ信号SD3が印加されなくなるので、スイッチング素子Q3はスイッチング動作を停止させた状態となり、残るスイッチング素子Q1,Q2,Q4がスイッチング動作する状態が得られる。
なお、このときは、スイッチング素子[Q1,Q4]の組が同じタイミングでオン/オフするのに対し、スイッチング素子Q2のみが、スイッチング素子[Q1,Q4]の組に対して交互となるタイミングでオン/オフすることになる。
On the other hand, when the drive circuit 3 detects that the AC input voltage VAC is at a level corresponding to the AC 200 V system corresponding to the vicinity of 150 V or higher, the drive circuit 3 turns off the switch Sw. To control.
As a result, the drive signal SD3 is not applied to the gate of the switching element Q3, so that the switching element Q3 is brought into a state where the switching operation is stopped, and the remaining switching elements Q1, Q2, Q4 are in a state where the switching operation is performed.
At this time, the set of the switching elements [Q1, Q4] is turned on / off at the same timing, whereas only the switching element Q2 is switched at the timing that is alternate with respect to the set of the switching elements [Q1, Q4]. It will be turned on / off.

このようにして、3つのスイッチング素子Q1,Q2,Q4がスイッチング動作を行うということは、スイッチング素子Q1に対して、スイッチング素子[Q2,Q4]の組が交互となるタイミングでオン/オフする、ハーフブリッジ動作が得られているということがいえる。   In this way, the fact that the three switching elements Q1, Q2, Q4 perform the switching operation means that the switching elements [Q2, Q4] are turned on / off at the timing when the pairs of the switching elements [Q2, Q4] alternate. It can be said that the half-bridge operation is obtained.

これまでの説明から理解されるように、図1に示す電源回路においては、先ずは、4本のスイッチング素子Q1〜Q4を備えた、フルブリッジ結合方式による電流共振形コンバータを形成する。そのうえで、AC100V系ではフルブリッジ動作、AC200V系ではハーフブリッジ動作となるように、スイッチング動作の切り換えを行うように構成している。
このようにすれば、AC100V系とAC200V系とで、スイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング出力により得られる電流レベルはほぼ同等となる。これにより、例えば50KHz〜250KHz程度のスイッチング周波数の最大可変範囲であっても、AC100V系とAC200V系のいずれの場合にも、有効に二次側直流出力電圧の安定化を図ることが可能となる。つまり、フルブリッジ動作とハーフブリッジ動作の切り換えを行うことでワイドレンジ対応としているものである。
As will be understood from the above description, in the power supply circuit shown in FIG. 1, first, a full-bridge coupling type current resonance type converter including four switching elements Q1 to Q4 is formed. In addition, the switching operation is switched so that a full-bridge operation is performed in the AC100V system and a half-bridge operation is performed in the AC200V system.
In this way, the current levels obtained by the switching outputs of the switching elements Q1 to Q4 are almost equal between the AC100V system and the AC200V system. Thereby, for example, even in the maximum variable range of the switching frequency of about 50 KHz to 250 KHz, it is possible to effectively stabilize the secondary side DC output voltage in both the AC100V system and the AC200V system. . In other words, wide range is supported by switching between full bridge operation and half bridge operation.

そして、このようにしてワイドレンジ対応化を図ることによって、商用交流電源ACから直流入力電圧(整流平滑電圧Ei)を生成する整流回路系としては、通常の全波整流回路とすることができる。つまり、先に図9に示した回路のように、整流動作の切り換えを行う構成を採る必要はない。
従って、図1に示す電源回路では、直流入力電圧用の平滑コンデンサは1本でよいことになる。また、電磁リレーも不要となる。
Then, by achieving compatibility with a wide range in this way, a normal full-wave rectifier circuit can be used as a rectifier circuit system that generates a DC input voltage (rectified and smoothed voltage Ei) from a commercial AC power supply AC. That is, it is not necessary to adopt a configuration for switching the rectification operation as in the circuit shown in FIG.
Therefore, in the power supply circuit shown in FIG. 1, only one smoothing capacitor for DC input voltage is required. Also, no electromagnetic relay is required.

また、例えば瞬間停電などによって、公称AC220V又は240Vの商用交流電源が150V近傍以下に低下して誤動作したとしても、スイッチング動作がハーフブリッジ動作からフルブリッジ動作となるだけである。つまり、図9に示した回路のような、倍電圧整流動作への切り換わりによる直流入力電圧レベルの上昇は生じないから、平滑コンデンサCiや、スイッチング素子が耐圧オーバーとなることはない。
さらに、コンパレータIC等を備えた整流動作切り換えのための回路系が省略されることによっては、ワイドレンジ対応のためにスタンバイ電源側の直流入力電圧を検出する必要もなくなる。従って、図1に示す電源回路としては、スタンバイ電源を備えない電子機器に対しても採用することが可能となる。
Further, even if the commercial AC power supply of nominal AC 220V or 240V drops below around 150V due to, for example, an instantaneous power failure, the switching operation only changes from the half-bridge operation to the full-bridge operation. That is, since the DC input voltage level does not increase due to switching to the voltage doubler rectification operation as in the circuit shown in FIG. 9, the smoothing capacitor Ci and the switching element do not exceed the withstand voltage.
Further, by omitting the circuit system for switching the rectifying operation provided with the comparator IC and the like, it is not necessary to detect the DC input voltage on the standby power supply side in order to cope with the wide range. Therefore, the power supply circuit shown in FIG. 1 can be used for an electronic device that does not include a standby power supply.

続いて、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を図2に示す。
この図に示す電源回路においては、先ず、図1の場合と同様にして、商用交流電源ACに対して、コモンモードチョークコイルCMC、フィルタコンデンサCL,CLにより形成されるコモンモードノイズフィルタが接続される。
Next, FIG. 2 shows a configuration of a switching power supply circuit as an embodiment of the present invention.
In the power supply circuit shown in this figure, first, as in the case of FIG. 1, a common mode noise filter formed by a common mode choke coil CMC and filter capacitors CL and CL is connected to a commercial AC power supply AC. The

また、商用交流電源ACを整流平滑化して直流入力電圧(整流平滑電圧Ei)を生成するための整流回路としても、図1の回路と同様にして、ブリッジ整流回路Di、平滑コンデンサCiから成る全波整流回路が備えられ、平滑コンデンサCiの両端電圧として、商用交流電源ACの実効値レベルの等倍に対応するレベルの直流入力電圧(整流平滑電圧Ei)が得られるようにされている。   Further, as a rectifier circuit for rectifying and smoothing the commercial AC power supply AC to generate a DC input voltage (rectified and smoothed voltage Ei), as in the circuit of FIG. 1, all of the bridge rectifier circuit Di and the smoothing capacitor Ci are used. A wave rectifier circuit is provided, and a DC input voltage (rectified and smoothed voltage Ei) having a level corresponding to the same value as the effective value level of the commercial AC power supply AC is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Ci.

そして、この直流入力電圧を入力してスイッチングを行うスイッチングコンバータとしては、2本のスイッチング素子Q1,Q2を備えるハーフブリッジ結合方式による電流共振形コンバータを備えることとしている。   As a switching converter that performs switching by inputting the DC input voltage, a current resonance type converter using a half-bridge coupling system including two switching elements Q1 and Q2 is provided.

このスイッチング素子Q1,Q2としては、スイッチング素子Q1のドレインを平滑コンデンサCiの正極端子側と接続し、スイッチング素子Q1のソースを、スイッチング素子Q2のドレインと接続する。スイッチング素子Q2のソースは、平滑コンデンサCiの負極端子(一次側アース)と接続される。つまり、ハーフブリッジ結合として、スイッチング素子Q1がハイサイドで、スイッチング素子Q2がローサイドとなるようにして直列接続された上で、平滑コンデンサCiに対して並列に接続される。   As the switching elements Q1 and Q2, the drain of the switching element Q1 is connected to the positive terminal side of the smoothing capacitor Ci, and the source of the switching element Q1 is connected to the drain of the switching element Q2. The source of the switching element Q2 is connected to the negative terminal (primary side ground) of the smoothing capacitor Ci. That is, as half-bridge coupling, the switching element Q1 is connected in series so that the switching element Q1 is on the high side and the switching element Q2 is on the low side, and then connected in parallel to the smoothing capacitor Ci.

また、スイッチング素子Q1,Q2の各ドレイン−ソース間に対しては、ドレイン側がカソードで、アノード側がドレインとなるようにして、それぞれダンパーダイオードDD1,DD2を並列に接続している。
また、この回路においても、スイッチング素子Q2のドレイン−ソース間に対しては、部分共振コンデンサCpを並列に接続している。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。
Damper diodes DD1 and DD2 are connected in parallel to each other between the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2, respectively, so that the drain side is a cathode and the anode side is a drain.
Also in this circuit, a partial resonance capacitor Cp is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2. A parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) is formed by the capacitance of the partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance L1 of the primary winding N1. A partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only when the switching elements Q1, Q2 are turned off is obtained.

また、この場合にも、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング駆動するために、例えば汎用の駆動用ICを備えて構成されるとされる発振・ドライブ回路2を設けることとしている。この発振・ドライブ回路2は、スイッチング素子駆動のための発振回路、駆動回路を備えて成る。発振回路及び駆動回路によっては、所要の周波数によるドライブ信号(ゲート電圧)をスイッチング素子Q1,Q2の各ゲートに対して印加する。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。   Also in this case, in order to perform switching driving of the switching elements Q1 and Q2, for example, an oscillation / drive circuit 2 configured to include a general-purpose driving IC is provided. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit for driving a switching element. Depending on the oscillation circuit and the drive circuit, a drive signal (gate voltage) having a required frequency is applied to each gate of the switching elements Q1 and Q2. Thereby, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation so as to be alternately turned on / off at a required switching frequency.

発振・ドライブ回路2は、一次側にて生成される低圧の直流電圧E10を入力して動作する。
直流電圧E10は、絶縁コンバータトランスPITの一次側に巻装される三次巻線N3と、ダイオードD3、コンデンサC3から成る半波整流回路により得られた直流電圧を、抵抗R4及びツェナーダイオードZDから成る安定化回路により所定レベルにより安定化して得られるものである。なお、この図においては図示が省略されているが、起動抵抗を備えることとして、電源起動時においては、この起動抵抗を介して入力される整流平滑電圧Eiを起動用電源として入力して発振・ドライブ回路2が動作を開始できるように構成すればよい。
The oscillation / drive circuit 2 operates by inputting a low-voltage DC voltage E10 generated on the primary side.
The DC voltage E10 is a DC voltage obtained by a half-wave rectifier circuit comprising a tertiary winding N3 wound around the primary side of the insulating converter transformer PIT, a diode D3, and a capacitor C3, and comprises a resistor R4 and a Zener diode ZD. It is obtained by being stabilized at a predetermined level by a stabilization circuit. Although not shown in the figure, it is assumed that a starting resistor is provided, and when starting up the power supply, the rectified and smoothed voltage Ei input through this starting resistor is input as a starting power source to What is necessary is just to comprise so that the drive circuit 2 can start operation | movement.

絶縁コンバータトランスPIT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ものであり、この場合には、各1組の一次巻線N1と二次巻線N2が巻装される。
本実施の形態の場合、一次巻線N1の一端は、後述する直交型制御トランスPRTの被制御巻線NRと一次側直列共振コンデンサC1の直列接続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のドレインの接続点(スイッチング出力点)に対して接続される。一次巻線N1の他端は、一次側アース(スイッチング素子Q2のソース)に対して接続される。
The insulating converter transformer PIT transmits the switching output of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side, and in this case, each set of primary winding N1 and secondary winding N2 is wound.
In the case of the present embodiment, one end of the primary winding N1 is connected to the source of the switching element Q1 and the switching element Q2 via a series connection of a controlled winding NR of the orthogonal control transformer PRT described later and the primary side series resonance capacitor C1. Connected to the drain connection point (switching output point). The other end of the primary winding N1 is connected to the primary side ground (source of the switching element Q2).

これまでの説明からも理解されるように、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力点に対して接続される、直列共振コンデンサC1−一次巻線N1の直列接続回路によっては、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のリーケージインダクタンスL1とから成る一次側直列共振回路を形成する。この一次側直列共振回路は、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力により共振動作を行うことによって、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ものである。
そのうえで、図2に示す実施の形態の電源回路では、直列共振コンデンサC1−一次巻線N1の直列接続の間に、さらに直交型制御トランスPRTの被制御巻線NRが直列に挿入されている。
従って、本実施の形態としては、一次側直列共振回路は、直列共振コンデンサC1のキャパシタンスと、絶縁コンバータトランスPIT側のリーケージインダクタンスL1とに加え、被制御巻線NRのインダクタンスLRも含まれるようにして形成されることになる。。換言すれば、一次側直列共振回路を形成するためのインダクタンス成分としては、L1+LRで表されることになる。
As understood from the above description, depending on the series connection circuit of the series resonance capacitor C1 and the primary winding N1 connected to the switching output points of the switching elements Q1 and Q2, the capacitance of the series resonance capacitor C1 may be used. And a primary side series resonance circuit composed of the leakage inductance L1 of the insulating converter transformer PIT including the primary winding N1. This primary side series resonance circuit performs a resonance operation with the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2, thereby making the operation of the primary side switching converter a current resonance type.
In addition, in the power supply circuit of the embodiment shown in FIG. 2, the controlled winding NR of the orthogonal control transformer PRT is further inserted in series between the series connection of the series resonant capacitor C1 and the primary winding N1.
Therefore, in this embodiment, the primary side series resonance circuit includes the inductance LR of the controlled winding NR in addition to the capacitance of the series resonance capacitor C1 and the leakage inductance L1 on the insulating converter transformer PIT side. Will be formed. . In other words, the inductance component for forming the primary side series resonance circuit is represented by L1 + LR.

なお、絶縁コンバータトランスPITの構造としては、例えば次のようになる。つまり、フェライト材によるE型コアを組み合わせたEE型コアを備える。そして、一次側と二次側とで巻装部位を分割したうえで、一次側巻線と、二次側巻線を、EE型コアの中央磁脚に対して巻装している。
そして、EE型コアの中央磁脚に対しては所定長のギャップを形成するようにしている。これによって、例えば後述するようにして、疎結合とされる所定の結合係数が与えられるようにして構成される。
For example, the structure of the insulating converter transformer PIT is as follows. That is, an EE type core that is a combination of E type cores made of ferrite material is provided. And after dividing | segmenting a winding site | part by the primary side and a secondary side, the primary side coil | winding and the secondary side coil | winding are wound with respect to the center magnetic leg of an EE type | mold core.
A gap having a predetermined length is formed with respect to the central magnetic leg of the EE type core. Accordingly, for example, as described later, a predetermined coupling coefficient that is loosely coupled is given.

この場合の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。この二次側巻線には、一次巻線N1に伝達されたスイッチング出力に応じた交番電圧が励起される。
二次巻線N2に対しては、図示するようにしてセンタータップを設けて二次側アースに接続した上で、図示するようにして整流ダイオードDO1,DO2、及び平滑コンデンサCOから成る両波整流回路を接続している。これにより、平滑コンデンサCOの両端電圧として二次側直流出力電圧EOが得られる。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。また、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 this case, a secondary winding N2 is wound on the secondary side of the insulating converter transformer PIT. An alternating voltage corresponding to the switching output transmitted to the primary winding N1 is excited in the secondary winding.
The secondary winding N2 is provided with a center tap as shown in the figure and connected to the secondary side ground, and then, as shown in the figure, a double wave rectification comprising rectifier diodes DO1 and DO2 and a smoothing capacitor CO. The circuit is connected. As a result, the secondary side DC output voltage EO is obtained as the voltage across the smoothing capacitor CO. The secondary side DC output voltage EO is supplied to a load side (not shown). The detection voltage for the control circuit 1 is also branched and input.

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た検出出力を発振・ドライブ回路2に供給する。発振・ドライブ回路2では、入力された制御回路1の検出出力に応じてスイッチング周波数が可変されるようにして、スイッチング素子Q1,Q2を駆動する。つまり、スイッチング周波数制御方式によって二次側直流出力電圧のレベルを安定化する。   The control circuit 1 supplies a detection output corresponding to the level change of the secondary side DC output voltage EO to the oscillation / drive circuit 2. The oscillation / drive circuit 2 drives the switching elements Q1 and Q2 such that the switching frequency is varied according to the input detection output of the control circuit 1. That is, the level of the secondary side DC output voltage is stabilized by the switching frequency control method.

そして、図2に示す実施の形態としての電源回路の一次側においては、直交型制御トランスPRTと増幅回路3が備えられる。
ここで、直交型制御トランスPRTの構造例を図3及び図4に示す。
先ず、図3に示される直交型制御トランスPRTとしては、4本の磁脚を有する2つのダブルコの字型コアCR11、CR12を備える。そして、これらダブルコの字型コアCR11、CR12の互いの磁脚の端部を接合するようにして、立体型コアを形成する。
このようにして立体型コアを形成した場合には、上記4本の磁脚の磁脚ごとに対応して、ダブルコの字型コアCR11、CR12の接合部は4つ在ることとなるが、この場合、これら4つの接合部において隣り合う2つの接合部については所定長のギャップG,Gをそれぞれ形成し、残る2つの接合部についてはギャップを形成しないようにされる。
そして、このようにして形成される立体型コアにおいて、例えばダブルコの字型コアCR11側のギャップGが形成してある磁脚と、この磁脚と隣り合うギャップの形成していない磁脚とに跨るようにして、制御巻線Ncを所定ターン数(巻数)により巻装する。
また、他方のダブルコの字型コアCR12側に対しては、上記制御巻線NCの巻回方向に対して直交する巻回方向となるようにして、2本の隣り合う磁脚に跨って被制御巻線NRを所定ターン数により巻装する。このようにして被制御巻線NRが巻装される2本の磁脚も、一方はギャップGが形成されているのに対して、他方はギャップが形成されていない関係となる。
このような構造により、直交型制御トランスPRTとしては制御巻線Ncに流れる電流の増加により飽和状態となる、可飽和リアクタとして構成される。
An orthogonal control transformer PRT and an amplifier circuit 3 are provided on the primary side of the power supply circuit as the embodiment shown in FIG.
Here, an example of the structure of the orthogonal control transformer PRT is shown in FIGS.
First, the orthogonal control transformer PRT shown in FIG. 3 includes two double U-shaped cores CR11 and CR12 having four magnetic legs. A solid core is formed by joining the ends of the magnetic legs of the double U-shaped cores CR11 and CR12.
When the three-dimensional core is formed in this way, there are four joint portions of the double U-shaped cores CR11 and CR12 corresponding to each of the four magnetic legs. In this case, gaps G and G having a predetermined length are formed for two adjacent joints in these four joints, and no gap is formed for the remaining two joints.
In the three-dimensional core thus formed, for example, a magnetic leg in which a gap G on the side of the double U-shaped core CR11 is formed and a magnetic leg in which a gap adjacent to the magnetic leg is not formed. The control winding Nc is wound with a predetermined number of turns (number of turns) so as to straddle.
Further, the other double U-shaped core CR12 side is covered with two adjacent magnetic legs so that the winding direction is perpendicular to the winding direction of the control winding NC. The control winding NR is wound with a predetermined number of turns. In this way, the two magnetic legs around which the controlled winding NR is wound have a relationship in which one has a gap G and the other has no gap.
With such a structure, the orthogonal control transformer PRT is configured as a saturable reactor that becomes saturated due to an increase in the current flowing through the control winding Nc.

また、直交型制御トランスPRTの他の構造としては、図4に示すようにして、立体型コアについて、一方のコアは4本の磁脚を有するダブルコの字型コアCR11とするが、他方のコアは、ダブルコの字型コアCR12に代えて、任意の断面がコ字状となるシングルコの字型コアCR21として組み合わせて形成することもできる。
この場合においても、図3の直交型制御トランスPRTと同様の位置関係により2つのギャップG,Gを形成するようにされる。そして、制御巻線Ncについては図3の場合と同様にしてダブルコの字型コアCR11の2本の磁脚に対して巻装するが、シングルコの字型コアCR21に対しては、図のようにして、被制御巻線NRを巻装するようにしている。
Further, as another structure of the orthogonal control transformer PRT, as shown in FIG. 4, a three-dimensional core has one core of a double U-shaped core CR11 having four magnetic legs. The core may be formed by combining as a single U-shaped core CR21 having an arbitrary cross-section having a U shape instead of the double U-shaped core CR12.
Also in this case, the two gaps G and G are formed by the same positional relationship as the orthogonal control transformer PRT of FIG. The control winding Nc is wound around the two magnetic legs of the double U-shaped core CR11 in the same manner as in FIG. 3, but for the single U-shaped core CR21, In this way, the controlled winding NR is wound.

上記のようにして可飽和リアクタとして構成される直交型制御トランスPRTの被制御巻線NRは、前述もしたように、一次巻線N1と直列共振コンデンサC1との間に直列に挿入されており、これにより、被制御巻線NRのインダクタンスLRは、一次側直列共振回路を形成するためのインダクタンス成分となる。
また、直交型制御トランスPRTの制御巻線Ncの一端は一次側アースに接続され、他端は増幅回路3内のPNP型のバイポーラトランジスタQ10のコレクタと接続される。
The controlled winding N R of the orthogonal control transformer PRT configured as a saturable reactor as described above is inserted in series between the primary winding N 1 and the series resonant capacitor C 1 as described above. Thus, the inductance LR of the controlled winding NR becomes an inductance component for forming a primary side series resonance circuit.
One end of the control winding Nc of the orthogonal control transformer PRT is connected to the primary side ground, and the other end is connected to the collector of the PNP type bipolar transistor Q10 in the amplifier circuit 3.

増幅回路3は、上記トランジスタQ10、ベース抵抗R1,バイアス抵抗R2、及びエミッタ抵抗R3を備えて形成される。
トランジスタQ10のコレクタは、上記制御巻線Ncを介して一次側アースと接続される。ベース抵抗R1は、トランジスタQ10のベースと整流平滑電圧Eiのライン(平滑コンデンサCiの正極端子)との間に挿入される。バイアス抵抗R2は、トランジスタQ10のベースと一次側アースとの間に挿入される。
また、エミッタ抵抗R3は、トランジスタQ10のエミッタと直流電圧E10のラインとの間に挿入される。
The amplifier circuit 3 includes the transistor Q10, a base resistor R1, a bias resistor R2, and an emitter resistor R3.
The collector of the transistor Q10 is connected to the primary side ground via the control winding Nc. The base resistor R1 is inserted between the base of the transistor Q10 and the line of the rectified and smoothed voltage Ei (the positive terminal of the smoothing capacitor Ci). The bias resistor R2 is inserted between the base of the transistor Q10 and the primary side ground.
The emitter resistor R3 is inserted between the emitter of the transistor Q10 and the line of the DC voltage E10.

このような構成による増幅回路3では、トランジスタQ10のベースに対して、次のようにして、整流平滑電圧Eiのレベルに応じたベース電流を流すことになる。つまり、整流平滑電圧Eiのレベルが増加するのに応じては、トランジスタQ10のベース電位が高くなってベース−エミッタ間の電位差が小さくなるので、ベース電流が低減することとなり、コレクタ電流である制御電流Icは低減していくことになる。また逆に、整流平滑電圧Eiのレベルが増加するのに応じては、トランジスタQ10のベース電位が低くなってベース−エミッタ間の電位差が大きくなり、ベース電流が増加することとなって、制御電流Ic(コレクタ電流)は低減していくことになる。   In the amplifier circuit 3 having such a configuration, a base current corresponding to the level of the rectified and smoothed voltage Ei is supplied to the base of the transistor Q10 as follows. In other words, as the level of the rectified and smoothed voltage Ei increases, the base potential of the transistor Q10 increases and the potential difference between the base and the emitter decreases, so that the base current is reduced and the collector current is controlled. The current Ic will be reduced. Conversely, as the level of the rectified smoothing voltage Ei increases, the base potential of the transistor Q10 decreases, the potential difference between the base and the emitter increases, and the base current increases, resulting in an increase in the control current. Ic (collector current) is reduced.

ここで、整流平滑電圧Eiは、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)を全波整流によって整流平滑化して得られる直流電圧であるから、整流平滑電圧Eiのレベルは、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)のレベルに対応している。従って、上記増幅回路3は、商用交流電源ACのレベルに応じて上記制御電流Icのレベルを可変するように動作しているということがいえる。つまり、商用交流電源ACのレベルが上昇するのに応じて、制御電流Icのレベルを低下させていくようにして動作する。   Here, since the rectified and smoothed voltage Ei is a DC voltage obtained by rectifying and smoothing the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) by full-wave rectification, the level of the rectified and smoothed voltage Ei is the level of the commercial AC power supply AC (AC This corresponds to the level of the input voltage VAC). Therefore, it can be said that the amplifier circuit 3 operates to vary the level of the control current Ic according to the level of the commercial AC power supply AC. That is, it operates so as to decrease the level of the control current Ic as the level of the commercial AC power supply AC increases.

上記のようにして構成される実施の形態としての電源回路についてのワイドレンジ対応の動作について説明するのにあたり、先ず、直交型制御トランスPRTによる被制御巻線NRについてのインダクタンス制御について、図5を参照して説明する。
図5は、被制御巻線NRのインダクタンス特性を示しており、横軸には一次側直列共振回路(C1−NR−N1)に流れる一次側直列共振電流I1のレベルをとっている。一次側直列共振電流I1は、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力電流を合成して得られる。縦軸に制御巻線NRのインダクタンスLRを示している。また、インダクタンス特性としては、制御電流Icのレベルについて、Ic=0mA、Ic=10mA、Ic=30mA、Ic=50mA、Ic=70mA、Ic=90mAの各場合が示されている。
In explaining the operation corresponding to the wide range of the power supply circuit as the embodiment configured as described above, first, regarding the inductance control for the controlled winding NR by the orthogonal control transformer PRT, FIG. The description will be given with reference.
FIG. 5 shows the inductance characteristics of the controlled winding NR, and the horizontal axis represents the level of the primary side series resonance current I1 flowing through the primary side series resonance circuit (C1-NR-N1). The primary side series resonance current I1 is obtained by combining the switching output currents of the switching elements Q1, Q2. The vertical axis represents the inductance LR of the control winding NR. In addition, as the inductance characteristics, the cases of Ic = 0 mA, Ic = 10 mA, Ic = 30 mA, Ic = 50 mA, Ic = 70 mA, and Ic = 90 mA are shown for the level of the control current Ic.

図5に示すようにして、直交型制御トランスPRTが可飽和リアクタであることで、被制御巻線NRのインダクタンスLRは、一次側直列共振電流I1の振幅レベルを一定とした条件では、制御電流Icのレベルが小さくなるのに応じて増加する。
なお、制御電流Icを一定とした条件では、インダクタンスLRは、全体として一次側直列共振電流I1の振幅レベルの絶対値が小さくなるのに応じて増加する傾向となるが、本実施の形態の場合、制御電流Icのレベルによっては、一次側直列共振電流I1の振幅レベルが0となる近傍で低減するために、略M字状の曲線で示される特性となるときがある。図5の場合であれば、制御電流Icを全く流していないIc=0のときと、図5において最大としている制御電流Ic=90mAのときには二次曲線的な特性となるが、これ以外の中間の制御電流レベル(Ic=10mA、Ic=30mA、Ic=50mA、Ic=70mA)のときには、略M字状の曲線となっている。これは、図3及び図4に示したようにして所定長によるギャップGを形成していることに依る。
As shown in FIG. 5, since the orthogonal control transformer PRT is a saturable reactor, the inductance LR of the controlled winding NR is controlled under the condition that the amplitude level of the primary side series resonance current I1 is constant. It increases as the level of Ic decreases.
Under the condition that the control current Ic is constant, the inductance LR tends to increase as the absolute value of the amplitude level of the primary side series resonance current I1 decreases as a whole. Depending on the level of the control current Ic, since the amplitude level of the primary side series resonance current I1 decreases in the vicinity of 0, the characteristic may be indicated by a substantially M-shaped curve. In the case of FIG. 5, the characteristic becomes a quadratic curve when Ic = 0 when no control current Ic is passed and when the maximum control current Ic = 90 mA in FIG. In the case of the control current level (Ic = 10 mA, Ic = 30 mA, Ic = 50 mA, Ic = 70 mA), the curve is substantially M-shaped. This is because the gap G having a predetermined length is formed as shown in FIGS.

上記図5により説明したようにして、直交型制御トランスPRTの被制御巻線NRのインダクタンスLRは、制御巻線Ncに流れる制御電流Icのレベルが小さくなるのに応じて増加していくようにされる。そして、図2に示した増幅回路3の動作によれば、制御電流Icは、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)のレベルが上昇するのに応じて低減されるようにして制御される。
従って、図2に示す回路では、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)のレベルに応じて被制御巻線NRのインダクタンスLRが可変制御されるものであり、その関係としては、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の上昇に応じてインダクタンスLRは増加し、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の低下に応じてインダクタンスLRは低下するものとなる。
As described above with reference to FIG. 5, the inductance LR of the controlled winding NR of the orthogonal control transformer PRT increases as the level of the control current Ic flowing through the control winding Nc decreases. Is done. Then, according to the operation of the amplifier circuit 3 shown in FIG. 2, the control current Ic is controlled so as to be reduced as the level of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) increases.
Therefore, in the circuit shown in FIG. 2, the inductance LR of the controlled winding NR is variably controlled in accordance with the level of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC). The inductance LR increases as the (AC input voltage VAC) increases, and the inductance LR decreases as the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) decreases.

また、これまでにも説明しているように、インダクタンスLRは、一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1と共に、一次側直列共振回路を形成するインダクタンス成分である。従って、上記のようにして商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)のレベルに応じてインダクタンスLRを可変するということは、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)のレベル変化に応じて、一次側直列共振回路を形成するインダクタンス値を可変しているということになる。そして、上記した商用交流電源ACとインダクタンスLRとの関係からすれば、一次側直列共振回路を形成するインダクタンスは、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の上昇に応じて増加し、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の低下に応じて低下するようにして可変制御されることになる。   Further, as described above, the inductance LR is an inductance component that forms a primary side series resonance circuit together with the leakage inductance L1 of the primary winding N1. Therefore, changing the inductance LR according to the level of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) as described above means that the primary side changes according to the level change of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC). This means that the inductance value forming the series resonance circuit is variable. From the relationship between the commercial AC power supply AC and the inductance LR, the inductance forming the primary side series resonance circuit increases with an increase in the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC). The control is variably controlled so as to decrease in accordance with a decrease in AC (AC input voltage VAC).

図6は、上記のようにして、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)のレベルに応じて一次側直列共振回路のインダクタンスを可変する構成を採る場合に得られる、二次側直流出力電圧Eoについての定電圧制御特性を、スイッチング周波数と二次側直流出力電圧Eoのレベルとの関係により例示的に示している。
ここで、二次側直流出力電圧Eoとしては、21.5Vで安定化されるべきものであることとする。また、スイッチング周波数制御方式としては、一次側直列共振回路(C1−L1)の共振周波数foよりも高い周波数範囲でスイッチング周波数を可変制御し、これにより生じる共振インピーダンスの変化を利用するようにされた、いわゆるアッパーサイド制御を採用している。また、この図においては、商用交流電源のレベルの条件としては、AC100V系としては交流入力電圧VAC=100V、AC200V系としては、交流入力電圧VAC=220Vが入力された場合を示している。
FIG. 6 shows the secondary side DC output voltage Eo obtained when the configuration in which the inductance of the primary side series resonance circuit is varied according to the level of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) as described above. The constant voltage control characteristic of is illustratively shown by the relationship between the switching frequency and the level of the secondary side DC output voltage Eo.
Here, the secondary side DC output voltage Eo is supposed to be stabilized at 21.5V. As a switching frequency control method, the switching frequency is variably controlled in a frequency range higher than the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit (C1-L1), and a change in resonance impedance caused thereby is used. So-called upper side control is adopted. Further, in this figure, as a condition of the level of the commercial AC power supply, an AC input voltage VAC = 100V is input for the AC100V system, and an AC input voltage VAC = 220V is input for the AC200V system.

ここで、上記のようにして一次側直列共振回路におけるインダクタンス値が可変されるということは、この一次側直列共振回路の共振周波数foが変化するということである。そして、本実施の形態における一次側直列共振回路のインダクタンスの変化は、上記もしているように、商用交流電源レベルが高くなるのに応じて増加し、低くなるのに応じては低下する。
このことから、一次側直列共振回路について、AC100V系時の共振周波数fo1とAC200V系時の共振周波数fo2とを比較すると、図6に示すようにして、共振周波数fo1のほうが、共振周波数fo2よりも高くなる、ということになる。
Here, the fact that the inductance value in the primary side series resonance circuit is varied as described above means that the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit changes. Then, as described above, the change in inductance of the primary side series resonance circuit in the present embodiment increases as the commercial AC power supply level increases and decreases as it decreases.
Therefore, when the resonance frequency fo1 in the AC 100V system and the resonance frequency fo2 in the AC 200V system are compared with each other in the primary side series resonance circuit, as shown in FIG. 6, the resonance frequency fo1 is more than the resonance frequency fo2. It will be higher.

一般的なこととして、直列共振回路は、共振周波数foで最も共振インピーダンスが小さくなる。これにより、二次側直流出力電圧Eoとスイッチング周波数fsの関係として、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、スイッチング周波数fsが共振周波数foと同じときに最も高くなり、共振周波数foから離れていくのに従って低下していくものとなる。   As a general matter, the series resonance circuit has the smallest resonance impedance at the resonance frequency fo. Thereby, as the relationship between the secondary side DC output voltage Eo and the switching frequency fs, the level of the secondary side DC output voltage Eo becomes the highest when the switching frequency fs is the same as the resonance frequency fo, and is separated from the resonance frequency fo. It goes down as you go.

つまり図6において、先ず、AC100V系時(VAC=100V)には、実線で示すようにして、二次側直流出力電圧Eoは、スイッチング周波数fsが一次側直列共振回路の共振周波数fo1のときにピークとなって、この共振周波数fo1から離れるのに応じてレベルが低下する二次曲線的な変化を示す。また、同じスイッチング周波数fsに対応する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、最小負荷電力Pomin時よりも最大負荷電力Pomax時のほうが、所定分低下するようにしてシフトする特性が得られる。つまり、スイッチング周波数fsを固定として考えると、重負荷の条件となるのに従って二次側直流出力電圧Eoのレベルは低下する。   That is, in FIG. 6, first, in the AC 100V system (VAC = 100V), as shown by the solid line, the secondary side DC output voltage Eo is obtained when the switching frequency fs is the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit. It shows a quadratic curve-like change in which the level decreases as the peak value moves away from the resonance frequency fo1. In addition, the level of the secondary side DC output voltage Eo corresponding to the same switching frequency fs can be shifted so as to decrease by a predetermined amount at the maximum load power Pomax than at the minimum load power Pomin. That is, when the switching frequency fs is considered as being fixed, the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases as the heavy load condition is reached.

そして、上記のようにして図6の実線により示すAC100V系時の特性のもとで、アッパーサイド制御により二次側直流出力電圧Eoを21.5Vにより安定化しようとした場合、そのために必要となるスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)は、Δfs1として示される範囲となる。   When the secondary side DC output voltage Eo is to be stabilized at 21.5 V by upper side control under the characteristics of the AC 100 V system shown by the solid line in FIG. 6 as described above, this is necessary. The variable range (necessary control range) of the switching frequency is the range indicated as Δfs1.

一方のAC200V系時では、上記したように一次側直列共振回路の共振周波数foは、AC100V系時のfo1よりも低いfo2で示される所定周波数に設定される。このときの特性としては、図6において破線で示すものとなる。つまり、この場合にも、二次側直流出力電圧Eoは、スイッチング周波数fsが共振周波数fo2のときに最大となるようにされたうえで、この共振周波数fo2からスイッチング周波数fsが離れていくのに従って低下していくものとなる。また、この場合にも、スイッチング周波数fsを固定とすれば、重負荷の条件となるのに従って二次側直流出力電圧Eoのレベルが低下する特性となる。
そして、このAC200V系時の特性のもとでアッパーサイド制御により二次側直流出力電圧Eoを21.5Vにより安定化しようとした場合の必要制御範囲は、図6においてΔfs2として示される範囲となる。
In one AC 200V system, as described above, the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit is set to a predetermined frequency indicated by fo2 lower than fo1 in the AC 100V system. The characteristic at this time is shown by a broken line in FIG. That is, in this case as well, the secondary side DC output voltage Eo is maximized when the switching frequency fs is the resonance frequency fo2, and as the switching frequency fs moves away from the resonance frequency fo2. It will decrease. Also in this case, if the switching frequency fs is fixed, the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases as the heavy load condition is reached.
The required control range when the secondary side DC output voltage Eo is to be stabilized at 21.5 V by upper side control under the characteristics of the AC 200 V system is the range indicated by Δfs2 in FIG. .

つまり、本実施の形態としては、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)のレベルに応じて一次側直列共振回路のインダクタンス値を可変制御するようにしていることで、商用交流電源の入力がAC100V系とAC200V系とで切り換えられるのに応じて、上記図6に示したようにして、AC100V系時とAC200V系時とのそれぞれに対応させて、必要制御範囲Δfs1,Δfs2が設定されるようにしている。
なお、図6においては、交流入力電圧VAC=100V時(AC100V系時)と交流入力電圧VAC=220V時(AC200V系時)の特性のみを示しているので、必要制御範囲Δfs1,Δfs2は、切り換えが行われるようにして変更設定されたかのように示されている。しかしながら、本実施の形態の直交型制御トランスPRTにおいては、制御電流Icを連続的に可変していけば、インダクタンスLRも連続的に可変制御することができる。従って、仮に交流入力電圧VACがAC100V系としての所定レベルとAC200V系としての所定レベルの間で連続的に変化するものとすれば、一次側直列共振回路の共振周波数と、これに応じた必要制御範囲Δfsも連続的に変化し得るものである。
That is, in the present embodiment, the inductance value of the primary side series resonance circuit is variably controlled according to the level of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC), so that the input of the commercial AC power supply is AC100V. As shown in FIG. 6, the required control ranges Δfs1 and Δfs2 are set in accordance with the AC100V system and the AC200V system, respectively, according to switching between the system and the AC200V system. ing.
In FIG. 6, only the characteristics when the AC input voltage VAC = 100V (AC100V system) and the AC input voltage VAC = 220V (AC200V system) are shown. Therefore, the necessary control ranges Δfs1 and Δfs2 are switched. Is shown as if it was changed and set. However, in the orthogonal control transformer PRT of the present embodiment, if the control current Ic is continuously varied, the inductance LR can be continuously variably controlled. Therefore, assuming that the AC input voltage VAC continuously changes between a predetermined level as the AC100V system and a predetermined level as the AC200V system, the resonance frequency of the primary side series resonance circuit and the necessary control corresponding thereto The range Δfs can also change continuously.

例えば、図1に示す電源回路から直交型制御トランスPRT及び増幅回路3を省略し、一次側直列共振回路のインダクタンス値を可変しない構成とした場合においては、商用交流電源レベルにかかわらず一次側直列共振回路のインダクタンス値が固定となるから、、商用交流電源レベルに対して一次側直列共振回路の共振周波数foも固定となる。そして、この場合には、この固定の共振周波数foより高いスイッチング周波数の領域を必要制御範囲Δfsとして、AC100V系からAC200までに対応する範囲で、所定の負荷変動幅に対応して、非常に大きな変動幅となる二次側直流出力電圧Eoについて安定化しなければならないことになる。この場合において、例えば負荷変動幅が大きいような条件では、必要制御範囲Δfsを非常に幅広く取らねばならず、スイッチング電源回路の仕様によって決まる、スイッチング周波数の最大可変範囲内では適正に安定化を図ることが難しくなる場合がある。   For example, when the orthogonal type control transformer PRT and the amplifier circuit 3 are omitted from the power supply circuit shown in FIG. 1 and the inductance value of the primary side series resonance circuit is not variable, the primary side series is independent of the commercial AC power supply level. Since the inductance value of the resonance circuit is fixed, the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit is also fixed with respect to the commercial AC power supply level. In this case, a region having a switching frequency higher than the fixed resonance frequency fo is set as a necessary control range Δfs, and the range corresponding to the AC100V system to AC200 is very large corresponding to a predetermined load fluctuation range. It is necessary to stabilize the secondary side DC output voltage Eo having a fluctuation range. In this case, for example, under conditions where the load fluctuation range is large, the necessary control range Δfs must be very wide, and proper stabilization is achieved within the maximum variable range of the switching frequency determined by the specifications of the switching power supply circuit. Can be difficult.

これに対して本実施の形態では、これまでの説明のようにして、例えばAC100V系とAC200V系とで商用交流電源の入力レベルが変化したときには、それぞれの商用交流電源の入力レベルに応じた必要制御範囲Δfs1,Δfs2を設定できるようにしている。これは、一次巻線N1の巻数の選定によって、必要制御範囲Δfs1,Δfs2の各々について、スイッチング周波数の最大可変範囲内に収まるように設定できるということを意味している。この結果、AC100V系時とAC200V系時とでそれぞれ、所定の負荷変動範囲に対応して二次側直流出力電圧Eoについて安定化することが保証されることになる。つまり、ワイドレンジ対応の電源回路が実現化されるものである。   In contrast, in the present embodiment, as described above, for example, when the input level of the commercial AC power source changes between the AC 100V system and the AC 200V system, it is necessary to correspond to the input level of each commercial AC power source. The control ranges Δfs1 and Δfs2 can be set. This means that by selecting the number of turns of the primary winding N1, each of the necessary control ranges Δfs1 and Δfs2 can be set to fall within the maximum variable range of the switching frequency. As a result, it is guaranteed that the secondary side DC output voltage Eo is stabilized corresponding to a predetermined load fluctuation range in each of the AC100V system and the AC200V system. That is, a wide-range power supply circuit is realized.

なお、図2に示す電源回路の実際例として、負荷電力Po=0W〜90Wの負荷条件に対応させることとした場合、絶縁コンバータトランスPITについては、EER−28のフェライトコアとし、中央磁脚には、1.0mmのギャップを形成するようにされる。また、一次巻線部N1については巻数を35T(ターン)とし、二次巻線N2は10Tとする。このようにして構成される絶縁コンバータトランスPITとしては、結合係数k=0.85で表される疎結合とされる状態が得られる。
また、一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスについては、0.027μFを選定する。
また、直交型制御トランスPRTは、図3と図4に示した何れの構造においても、その外形については立体型コアのサイズとして20mm×20mm×20mmとし、ギャップGのギャップ長については0.8mmとした。また、被制御巻線NRについては40T、制御巻線Ncについては1000Tとした。
As an actual example of the power supply circuit shown in FIG. 2, when the load power Po = 0W to 90W is to be supported, the insulating converter transformer PIT is an EER-28 ferrite core and a central magnetic leg is used. Is designed to form a 1.0 mm gap. The primary winding N1 has 35T (turns) and the secondary winding N2 has 10T. As the insulating converter transformer PIT configured as described above, a state of loose coupling represented by a coupling coefficient k = 0.85 is obtained.
Further, 0.027 μF is selected as the capacitance of the primary side series resonance capacitor C1.
In addition, the orthogonal control transformer PRT has a three-dimensional core size of 20 mm × 20 mm × 20 mm and a gap G of 0.8 mm in any structure shown in FIG. 3 and FIG. did. The controlled winding NR is 40T, and the control winding Nc is 1000T.

上記のような電源回路の部品選定としたうえで、交流入力電圧VAC=85〜288Vの変動範囲で、負荷電力Po=0W〜90Wまでの負荷変動範囲とされる条件を設定して実験を行ったところ、必要制御範囲Δfsは60KHz(Δfs2の下限値)〜195KHz(Δfs1の上限値)であり、また、制御電流Icの可変範囲は、60mA〜10mAとなった。
例えば発振・ドライブ回路2の実際として、或る特定の汎用の駆動用ICを用いた場合のスイッチング周波数fsの最大可変範囲は50KHz〜250KHzとなるのであるが、上記必要制御範囲Δfs(60KHz〜195KHz)は、上記最大可変範囲の50KHz〜250KHzに充分収まっているものとなっており、従って、AC100V系からAC200V系までの商用交流電源入力に対応して、二次側直流出力電圧Eoは適正に安定化されるものとなる。
ここで、確認のために述べておくと、上記した負荷電力Po=0W〜90Wの負荷変動範囲は、あくまでも実験結果を得るのにあたって任意に設定した負荷条件であり、従って、本実施の形態に基づく電源回路としては、より重負荷で、また、より広い負荷変動範囲の負荷条件にも対応して適正に安定化を図ることが可能である。
After selecting the components of the power supply circuit as described above, the experiment was performed by setting the conditions for the load fluctuation range from the load power Po = 0W to 90W within the fluctuation range of the AC input voltage VAC = 85-288V. As a result, the required control range Δfs was 60 KHz (lower limit value of Δfs2) to 195 KHz (upper limit value of Δfs1), and the variable range of the control current Ic was 60 mA to 10 mA.
For example, as a practical example of the oscillation / drive circuit 2, the maximum variable range of the switching frequency fs when a specific general-purpose driving IC is used is 50 KHz to 250 KHz, but the required control range Δfs (60 KHz to 195 KHz). ) Is well within the above-mentioned maximum variable range of 50 KHz to 250 KHz. Therefore, the secondary side DC output voltage Eo is appropriate for the commercial AC power supply input from AC100V system to AC200V system. It will be stabilized.
Here, for confirmation, the load fluctuation range of the load power Po = 0W to 90W described above is a load condition arbitrarily set for obtaining the experimental result, and therefore, in the present embodiment. As a power supply circuit based thereon, it is possible to appropriately stabilize in response to a load of a heavier load and a wider load fluctuation range.

このような構成とされることにより、本実施の形態の電源回路としては、例えば図1に示す回路と同様にして、ワイドレンジ対応でありながら、商用交流電源ACから直流入力電圧(整流平滑電圧Ei)を生成する整流回路系について、整流動作の切り換えを行う構成を採る必要はなくなり、通常の全波整流回路とすることができる。従って、直流入力電圧生成用の平滑コンデンサとしては1本でよい。また、整流回路系を切り換えるため電磁リレーに関しては不要とすることができる。
また、図1に示す電源回路では、全部で4石のスイッチング素子が必要となり、また、これに応じて、ドライブ回路2としての回路構成も付加する必要があり、比較的に回路構成が複雑であるといえる。
これに対して、本実施の形態としては、スイッチングコンバータとしては、ハーフブリッジ結合方式で固定であるから、スイッチング素子としては2石でよく、また、ドライブ回路系の構成としても、より簡略なものとすることができる。このために、総合的には、図1に示す電源回路と比較して基板実装面積が少なくて済み、また、低コストな電源回路とすることが可能となる。
また、図1に示す回路では、フルブリッジ動作では4石のスイッチング素子がスイッチング動作を行い、ハーフブリッジ動作でも3石のスイッチング素子がスイッチング動作を行う。これに対して本実施の形態では、常に2石のスイッチング素子のスイッチング動作となるので、その分、スイッチングノイズも少ないということがいえる。
By adopting such a configuration, the power supply circuit of the present embodiment is, for example, similar to the circuit shown in FIG. The rectifying circuit system that generates Ei) does not need to adopt a configuration for switching the rectifying operation, and can be a normal full-wave rectifying circuit. Therefore, one smoothing capacitor for generating the DC input voltage is sufficient. Further, since the rectifier circuit system is switched, the electromagnetic relay can be made unnecessary.
In addition, the power supply circuit shown in FIG. 1 requires a total of four switching elements, and accordingly, it is necessary to add a circuit configuration as the drive circuit 2, and the circuit configuration is relatively complicated. It can be said that there is.
On the other hand, in this embodiment, since the switching converter is fixed by the half-bridge coupling method, the switching element may be two stones, and the configuration of the drive circuit system is simpler. It can be. For this reason, as a whole, the board mounting area can be reduced as compared with the power supply circuit shown in FIG. 1, and a low-cost power supply circuit can be obtained.
In the circuit shown in FIG. 1, four stone switching elements perform switching operation in the full bridge operation, and three stone switching elements perform switching operation in the half bridge operation. On the other hand, in this embodiment, since the switching operation of the two stone switching elements is always performed, it can be said that the switching noise is reduced accordingly.

また、本実施の形態では、直交型制御トランスPRTにより一次側直列共振回路のインダクタンス(被制御巻線NRのインダクタンスLR)を連続的に変化可能な構成によりワイドレンジ対応としている。換言すれば、例えば電磁リレーによる切り換え機能を有していない。
このために、例えば商用交流電源ACについて瞬時停電や急峻な低下などの異常が発生したとしても、この異常に応じた整流平滑電圧Eiのレベル変化に追随するようにして、直交型制御トランスPRTにおいて被制御巻線NRのインダクタンスLR(共振インピーダンス)が可変されることで回路保護が図られ、また、電磁リレーの誤動作などは生じない。従って、特に保護回路を設けなくとも、本実施の形態の電源回路としては、商用交流電源ACの異常により回路が破壊されるようなことが無い。
In the present embodiment, a wide range is supported by a configuration in which the inductance of the primary side series resonance circuit (inductance LR of the controlled winding NR) can be continuously changed by the orthogonal control transformer PRT. In other words, for example, it does not have a switching function by an electromagnetic relay.
For this reason, even if an abnormality such as an instantaneous power failure or a steep drop occurs in the commercial AC power supply AC, for example, the orthogonal control transformer PRT is adapted to follow the level change of the rectified smoothing voltage Ei according to the abnormality. Circuit protection is achieved by varying the inductance LR (resonance impedance) of the controlled winding NR, and no malfunction of the electromagnetic relay occurs. Therefore, even if a protective circuit is not particularly provided, the power supply circuit according to the present embodiment does not break down due to an abnormality in the commercial AC power supply AC.

また、本実施の形態としては、一次側直列共振回路におけるインダクタンス成分は、一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1と、直交型制御トランスPRTの被制御巻線NRのインダクタンスLRとを合成したものとなる。これは、例えば一次巻線N1と直列共振コンデンサC1のみによって一次側直列共振回路を形成する場合と比較して、一次側直列共振回路として必要なインダクタンス値を得るのにあたり、一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1は、より少なくて済む、ということになる。残るインダクタンスの不足分は、被制御巻線NRのインダクタンスLRにより補われるからである。
この場合、絶縁コンバータトランスPITとしてリーケージインダクタンスL1を小さくできることになるから、絶縁コンバータトランスPITとしても、一次巻線N1のターン数を削減し、さらにギャップ長も短くすることができる。そして、これに応じて、絶縁コンバータトランスPITのコアとしては、例えばEER−35のサイズを用いるべき所を、上記したようにEER−28のサイズとすることが可能となり、大幅な小型軽量化が図られることにもなる。
In this embodiment, the inductance component in the primary side series resonance circuit is a combination of the leakage inductance L1 of the primary winding N1 and the inductance LR of the controlled winding NR of the orthogonal control transformer PRT. . This is because, for example, the leakage of the primary winding N1 is obtained in order to obtain an inductance value necessary for the primary side series resonance circuit as compared with the case where the primary side series resonance circuit is formed only by the primary winding N1 and the series resonance capacitor C1. It means that the inductance L1 is smaller. This is because the remaining shortage of inductance is compensated by the inductance LR of the controlled winding NR.
In this case, since the leakage inductance L1 can be reduced as the insulating converter transformer PIT, the insulating converter transformer PIT can also reduce the number of turns of the primary winding N1 and further reduce the gap length. Accordingly, as the core of the insulating converter transformer PIT, for example, the place where the size of the EER-35 should be used can be made the size of the EER-28 as described above. It will also be illustrated.

ここで、図7及び図8の波形図に、図2に示す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。図7は、交流入力電圧VAC=100V(AC100V系)が入力されているときの動作を示し、図8は、交流入力電圧VAC=220V(AC200V系)が入力されているときの動作を示す。
図7(a)及び図8(a)に示すようにして、スイッチング素子Q2の両端電圧VQ2は、スイッチング素子Q2がオフの期間では所定レベルによりクランプされ、オンの期間では0レベルとなる波形として得られる。また、この両端電圧VQ2のクランプレベルは、整流平滑電圧Eiのレベルに対応している。従って、実際としては、交流入力電圧VAC=100V時に対応する図7(a)に対して、交流入力電圧VAC=220V時に対応する図8(a)のほうがクランプレベルは高くなっている。
また、スイッチング素子Q2に流れるスイッチング電流IQ2は、ターンオンとされるタイミングにおいて、先ず、クランプダイオードDD2を介して流れ、この後に反転して図7(b)及び図8(b)に示す各波形によりスイッチング素子Q2のドレインからソース方向に流れるものとなる。
ここでは図示していないが、他方のハイサイドのスイッチング素子Q1の両端電圧、及びスイッチング電流は、交流入力電圧VAC=100V時と220V時とで、それぞれ図7(a)(b)、図8(a)(b)に示したスイッチング素子Q2の両端電圧VQ2,スイッチング電流IQ2について、同一波形とされたうえで180°の位相差を有したものとなる。
そして、一次側直列共振回路に流れるとされるスイッチング出力電流I1は、スイッチング素子Q1,Q2のそれぞれに流れるスイッチング電流を合成したものとなり、従って、図7(c)、図8(c)に示される波形により流れるものとなる。
Here, the operation of the main part of the power supply circuit shown in FIG. 2 is shown in the waveform diagrams of FIGS. FIG. 7 shows an operation when an AC input voltage VAC = 100 V (AC 100 V system) is input, and FIG. 8 shows an operation when an AC input voltage VAC = 220 V (AC 200 V system) is input.
As shown in FIGS. 7 (a) and 8 (a), the voltage VQ2 across the switching element Q2 is clamped at a predetermined level when the switching element Q2 is off, and has a waveform that is 0 level when the switching element Q2 is on. can get. The clamp level of the both-end voltage VQ2 corresponds to the level of the rectified and smoothed voltage Ei. Therefore, in actuality, the clamp level is higher in FIG. 8A corresponding to when the AC input voltage VAC = 220V than in FIG. 7A corresponding to when the AC input voltage VAC = 100V.
Further, the switching current IQ2 flowing through the switching element Q2 first flows through the clamp diode DD2 at the turn-on timing, and then reverses in accordance with the waveforms shown in FIGS. 7B and 8B. The switching element Q2 flows from the drain to the source.
Although not shown here, the voltage across the other high-side switching element Q1 and the switching current are AC input voltage VAC = 100V and 220V, respectively, and are shown in FIGS. (A) The both-end voltage VQ2 and switching current IQ2 of the switching element Q2 shown in (b) have the same waveform and have a phase difference of 180 °.
The switching output current I1 assumed to flow through the primary side series resonant circuit is a combination of the switching currents flowing through the switching elements Q1 and Q2, and is therefore shown in FIGS. 7 (c) and 8 (c). It will flow depending on the waveform.

また、図2に示す実施の形態の電源回路の特性として、AC→DC電力変換効率(ηAC-DC)は、例えば負荷電力Po=0W〜90Wまでの変動範囲に対して、交流入力電圧VAC=100V時では89.0%でほぼ一定、交流入力電圧VAC=220V時では89.5%でほぼ一定となる測定結果が得られた。なお、この測定は、前述したとおりの部品選定を前提としている。   Further, as a characteristic of the power supply circuit of the embodiment shown in FIG. 2, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC) is, for example, an AC input voltage VAC = V.sub. A measurement result was obtained that was almost constant at 89.0% at 100 V, and almost constant at 89.5% at AC input voltage VAC = 220 V. This measurement is based on the selection of parts as described above.

また、本発明としては上記した実施の形態としての構成に限定される必要はない。
例えばスイッチング素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)など、他励式に使用可能な素子であれば、また、先に説明した各部品素子の定数なども、実際の条件等に応じて変更されて構わない。また、例えば絶縁コンバータトランスPITの二次側において二次側直流出力電圧を生成するための回路構成としても、適宜変更されて構わない。
さらには、本発明としてのワイドレンジ対応の構成は、自励式による共振形コンバータにも適用することは可能である。
Further, the present invention need not be limited to the configuration as the above-described embodiment.
For example, as a switching element, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like that can be used in a separate excitation type, the constants of each component element described above are also changed according to actual conditions. I do not care. Further, for example, the circuit configuration for generating the secondary side DC output voltage on the secondary side of the insulating converter transformer PIT may be appropriately changed.
Furthermore, the wide-range configuration according to the present invention can be applied to a self-excited resonance type converter.

先に本出願人が提案している構成を基とするスイッチング電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the switching power supply circuit based on the structure which the present applicant has proposed previously. 本発明の実施の形態としての電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit as embodiment of this invention. 本実施の形態としての電源回路に備えられる直交型制御トランスの構造例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the orthogonal control transformer with which the power supply circuit as this Embodiment is equipped. 本実施の形態としての電源回路に備えられる直交型制御トランスの構造の他の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other example of the structure of the orthogonal control transformer with which the power supply circuit as this Embodiment is equipped. 実施の形態の直交型制御トランスに巻装される被制御巻線のインダクタンス特性を示す図である。It is a figure which shows the inductance characteristic of the to-be-controlled winding wound by the orthogonal control transformer of embodiment. 本実施の形態の電源回路の定電圧制御特性を示す図である。It is a figure which shows the constant voltage control characteristic of the power supply circuit of this Embodiment. 本実施の形態の電源回路の要部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the principal part of the power supply circuit of this Embodiment. 本実施の形態の電源回路の要部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the principal part of the power supply circuit of this Embodiment. 従来例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。It is a circuit diagram which shows the structural example of the switching power supply circuit as a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、3 増幅回路、Di ブリッジ整流回路、Ci 平滑コンデンサ、Q1,Q2 スイッチング素子、Cp 部分共振コンデンサ、PIT 絶縁コンバータトランス、N1 一次巻線、C1 一次側直列共振コンデンサ、N2 二次巻線、Do1,Do2 (二次側)整流ダイオード、Co 平滑コンデンサ、PRT 直交型制御トランス、NR 被制御巻線、Nc 制御巻線
1 control circuit, 2 oscillation / drive circuit, 3 amplifier circuit, Di bridge rectifier circuit, Ci smoothing capacitor, Q1, Q2 switching element, Cp partial resonance capacitor, PIT isolation converter transformer, N1 primary winding, C1 primary side series resonance capacitor , N2 secondary winding, Do1, Do2 (secondary side) rectifier diode, Co smoothing capacitor, PRT orthogonal control transformer, NR controlled winding, Nc control winding

Claims (1)

入力された商用交流電源の等倍に対応するレベルの整流平滑電圧を生成する整流平滑電圧生成手段と、
上記整流平滑電圧を直流入力電圧として入力してスイッチング動作を行うスイッチング素子を備えて形成されるスイッチング手段と、
上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段と、
少なくとも、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次側巻線と、該一次側巻線に得られたスイッチング出力としての交番電圧が励起される二次巻線とを巻装して形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側巻線の漏洩インダクタンス成分と、自身のキャパシタンスとによって、上記スイッチング手段の動作を共振形とする一次側共振回路が形成されるようにして設けられる一次側共振コンデンサと、
自己のインダクタンスが上記一次側共振回路を形成するインダクタンス成分となるようにして接続される被制御巻線と、制御巻線とが巻装され、上記制御巻線に流れる制御電流のレベルに応じて、上記被制御巻線のインダクタンスが可変されるようにして形成される制御トランスと、
上記商用交流電源のレベルに応じて可変したレベルの上記制御電流を上記制御巻線に流すようにして設けられる電流制御手段と、
上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に得られる交番電圧を入力して、整流動作を行うことで二次側直流出力電圧を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駆動手段を制御して、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、
を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。

Rectified and smoothed voltage generating means for generating a rectified and smoothed voltage at a level corresponding to the same size as the input commercial AC power supply;
Switching means formed with a switching element that performs the switching operation by inputting the rectified and smoothed voltage as a DC input voltage;
Switching driving means for switching and driving the switching element;
Winding at least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage obtained as a switching output obtained in the primary winding is excited An insulating converter transformer formed by
A primary-side resonance capacitor provided so that a primary-side resonance circuit having a resonance type operation of the switching means is formed by at least the leakage inductance component of the primary-side winding of the insulating converter transformer and its own capacitance. When,
A controlled winding connected so that its own inductance becomes an inductance component forming the primary resonance circuit and a control winding are wound, and according to the level of the control current flowing in the control winding A control transformer formed such that the inductance of the controlled winding is variable;
Current control means provided so as to flow the control current at a level variable according to the level of the commercial AC power supply to the control winding;
DC output voltage generation means configured to input an alternating voltage obtained in the secondary winding of the insulation converter transformer and generate a secondary side DC output voltage by performing a rectification operation;
The switching drive means is controlled according to the level of the secondary side DC output voltage, and the switching frequency of the switching means is varied to perform constant voltage control on the secondary side DC output voltage. Constant voltage control means;
A switching power supply circuit comprising:

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