JP2005168236A - Switching power supply - Google Patents

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JP2005168236A JP2003406154A JP2003406154A JP2005168236A JP 2005168236 A JP2005168236 A JP 2005168236A JP 2003406154 A JP2003406154 A JP 2003406154A JP 2003406154 A JP2003406154 A JP 2003406154A JP 2005168236 A JP2005168236 A JP 2005168236A
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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 capable of attaining stabilization by means of a switching frequency control system using circuitry as simple as possible. <P>SOLUTION: In a switching power supply circuit comprising a resonance type converter, variations in secondary DC output voltage caused by level variation of a commercial AC power supply is stabilized, by performing variable control of switching frequency depending on level variation of the commercial AC power supply. The level of secondary DC output voltage is detected, and a control current Ic is fed to the control winding Nc of an insulation converter transformer PIT employing the structure as a saturable inductor depending on the level error thus performing variable control of the leakage inductance of the insulation converter transformer PIT. Constant voltage control of the secondary DC output voltage can be carried out properly, under such conditions as the load variational width is relatively large in the range from AC 100V system to AC 200V system. <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と、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ものとされ、2つのスイッチング素子をハーフブリッジ結合し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巻線と、この一次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、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、自身の漏洩インダクタンスが可変されるように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と、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、1以上の所要数の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を備える。
そして、商用交流電源のレベルに応じて、スイッチング手段のスイッチング周波数が可変されるようにスイッチング駆動手段を制御する、又は、上記制御巻線に流すべき制御電流レベルを可変制御することで、二次側直流出力電圧を定電圧化する動作が得られるように構成される第1の定電圧制御手段を備える。
さらに、1つの特定の上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて、上記制御巻線に流すべき制御電流レベルを可変制御する、又は、スイッチング手段のスイッチング周波数が可変されるようにスイッチング駆動手段を制御することで、上記特定の二次側直流出力電圧を定電圧化する動作が得られるように構成される第2の定電圧制御手段を備えることとする。
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, and a switching operation by inputting the rectified and smoothed voltage as a DC input voltage. It comprises switching means formed by half-bridge coupling of switching elements, and switching drive means for driving the switching elements.
Further, at least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied, a secondary winding in which an alternating voltage as a switching output obtained in the primary winding is excited, and a control winding And an insulating converter transformer formed so that its own leakage inductance is varied according to the level of the control current flowing through the control winding.
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 winding of the insulating converter transformer and its own capacitance; DC output voltage generating means configured to generate a required number of secondary side DC output voltages of one or more by inputting an alternating voltage obtained in the secondary winding of the insulating converter transformer and performing rectification operation Is provided.
Then, the switching drive means is controlled so that the switching frequency of the switching means can be varied according to the level of the commercial AC power supply, or the control current level to be passed through the control winding is variably controlled. 1st constant voltage control means comprised so that the operation | movement which makes a side DC output voltage constant may be provided.
Further, according to the level of one specific secondary side DC output voltage, the control current level to be passed through the control winding is variably controlled, or the switching drive means so that the switching frequency of the switching means is variable. It is assumed that a second constant voltage control unit configured to obtain a constant voltage operation for the specific secondary side DC output voltage is obtained by controlling.

上記構成による電源回路では、二次側直流出力電圧を安定化するのにあたり、スイッチング周波数制御と、絶縁コンバータトランスにおけるリーケージインダクタンス制御とが複合的に組み合わされる。そして、これら2つの制御のうち、いずれか一方の制御によっては、商用交流電源のレベルに応じて二次側直流出力電圧を定電圧化し、他方の制御によっては、二次側直流出力電圧のレベルに応じて二次側直流出力電圧を定電圧化するようにされる。つまり、上記一方の制御は、商用交流電源のレベル変化に起因する二次側直流出力電圧の変動に対して定電圧制御を行い、上記他方の制御は、二次側直流出力電圧に接続される負荷変動に起因する二次側直流出力電圧の変動に対して定電圧制御を行うようにされている。
例えばスイッチング周波数の最大可変範囲と、リーケージインダクタンスの最大可変範囲が同等の条件であるとして、二次側直流出力電圧のみのレベルに応じて、単純にスイッチング周波数制御、若しくは絶縁コンバータトランスのリーケージインダクタンス制御を行うことで安定化を図る従来の構成と、本発明のように2つの定電圧制御を同時に動作させる構成とを比較してみる。すると、本発明のほうが、より広い商用交流電源の入力レベル範囲と、より広い負荷変動幅に対応して、定電圧制御を行うことが可能であるということがいえる。
In the power supply circuit having the above-described configuration, the switching frequency control and the leakage inductance control in the insulating converter transformer are combined in combination to stabilize the secondary side DC output voltage. In either one of these two controls, the secondary side DC output voltage is made constant according to the level of the commercial AC power supply, and in the other control, the level of the secondary side DC output voltage is set. In response to this, the secondary side DC output voltage is made constant. That is, the one control performs constant voltage control with respect to the fluctuation of the secondary side DC output voltage caused by the level change of the commercial AC power supply, and the other control is connected to the secondary side DC output voltage. Constant voltage control is performed with respect to fluctuations in the secondary side DC output voltage caused by load fluctuations.
For example, assuming that the maximum variable range of the switching frequency and the maximum variable range of the leakage inductance are equivalent, simply switching frequency control or leakage inductance control of the isolated converter transformer according to the level of the secondary side DC output voltage alone A comparison is made between a conventional configuration that achieves stabilization by performing the above and a configuration that simultaneously operates two constant voltage controls as in the present invention. Then, it can be said that the present invention can perform constant voltage control corresponding to a wider input level range of a commercial AC power supply and a wider load fluctuation range.

このことから本発明によっては、例えば実際において、AC100V系〜AC200V系とされる商用交流電源のレベル範囲が入力され、かつ、比較的負荷変動幅が大きいとされる条件に対応して、適正に安定化が可能なスイッチング電源回路を得ることができる。この場合においては、スイッチングコンバータの直流入力電圧レベルについて切り換えを行う必要が無くなる。つまり、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のではなく、例えば常に商用交流電源の等倍に対応する整流平滑電圧を生成する通常の全波整流回路でよいことになる。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。
Therefore, according to the present invention, for example, the level range of a commercial AC power source that is actually set to AC100V system to AC200V system is input and the load fluctuation range is relatively large. A switching power supply circuit capable of stabilization can be obtained. In this case, it is not necessary to switch the DC input voltage level of the switching converter. In other words, the rectifier circuit that generates the DC input voltage (rectified and smoothed voltage) is not configured to switch between the voltage doubler rectification operation and the full-wave rectification operation according to the level of the commercial AC power supply. Therefore, a normal full-wave rectifier circuit that generates a rectified and smoothed voltage corresponding to the same magnification as that of the normal full-wave rectifier circuit may be used. 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 close to the resonance waveform is obtained in accordance with 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巻線N1に共振電流波形に近いスイッチング出力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. Then, as this operation is repeated, the primary side series resonance circuit (C1-N1) obtains a resonance operation, and a switching output 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(漏洩インダクタンス)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 set of the 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 (leakage inductance) component L1, and 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5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. 5, a state is obtained in which the four switching elements Q1 to Q4 are driven to be switched. 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.

また、この場合の発振・ドライブ回路2に対しては、平滑コンデンサCiに対して並列に接続した分圧抵抗R21−R22の接続点に得られる電圧を制御電圧として入力することとしている。発振・ドライブ回路2は、この制御電圧のレベルに応じて、スイッチング周波数を可変制御するようにして、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング駆動するようにされる。
ここで、上記制御電圧は、整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を分圧して得られる直流電圧となるが、整流平滑電圧Eiは、商用交流電源ACを整流平滑化して生成するものであるから、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)のレベルに対応するものとなる。従って、本実施の形態における発振・ドライブ回路2は、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)のレベルに応じて、スイッチング周波数を可変制御するように構成されていることになる。
ここで留意すべきことは、通常、商用交流電源ACとしては、AC100V系とAC200V系とされる所定の定格レベル間での不連続的な切り換えが行われるものであるが、発振・ドライブ回路2の商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)のレベルに応じたスイッチング周波数の可変制御動作は連続的なものであるということである。つまり、仮に商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)をAC100V系とされる所定レベルと、AC200V系とされる所定レベルとの間(例:VAC=85V〜288V)で連続的に変化させていったとすれば、これに応じて、発振・ドライブ回路2は、スイッチング周波数を連続的に可変させていくようにしてスイッチング駆動することになる。
Further, in this case, the voltage obtained at the connection point of the voltage dividing resistors R21 to R22 connected in parallel to the smoothing capacitor Ci is input to the oscillation / drive circuit 2 as a control voltage. The oscillation / drive circuit 2 performs switching driving of the switching elements Q1, Q2 by variably controlling the switching frequency according to the level of the control voltage.
Here, the control voltage is a DC voltage obtained by dividing the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage), but the rectified and smoothed voltage Ei is generated by rectifying and smoothing the commercial AC power supply AC. The level of the rectified and smoothed voltage Ei corresponds to the level of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC). Therefore, the oscillation / drive circuit 2 in the present embodiment is configured to variably control the switching frequency according to the level of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC).
It should be noted here that the commercial AC power supply AC is normally switched discontinuously between predetermined rated levels of AC 100 V system and AC 200 V system. That is, the variable control operation of the switching frequency according to the level of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) is continuous. In other words, the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) is continuously changed between a predetermined level for the AC100V system and a predetermined level for the AC200V system (example: VAC = 85V to 288V). For example, in response to this, the oscillation / drive circuit 2 performs switching driving so as to continuously change the switching frequency.

なお、ここでは図示していないが、発振・ドライブ回路2の電源駆動に関しては、図1と同様にして、絶縁コンバータトランスPITの一次側に対して巻装する三次巻線と、この三次巻線に励起される交番電圧を整流平滑化する整流回路を備え、この整流回路により得られる低圧直流電圧を、動作電源として供給するように構成すればよい。
また、発振・ドライブ回路2を起動させる構成としても、図1と同様にして起動抵抗Rsを介して得られる整流平滑電圧Eiを、起動電源として入力させる構成とすればよい。
Although not shown here, with respect to power supply driving of the oscillation / drive circuit 2, a tertiary winding wound around the primary side of the insulating converter transformer PIT, and this tertiary winding, as in FIG. A rectifier circuit that rectifies and smoothes the alternating voltage excited by the rectifier circuit may be provided, and a low-voltage DC voltage obtained by the rectifier circuit may be supplied as an operating power source.
In addition, the configuration for starting the oscillation / drive circuit 2 may be a configuration in which the rectified and smoothed voltage Ei obtained through the start resistor Rs is input as the start power supply in the same manner as in FIG.

本実施の形態の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とともに、定電圧制御のためのリーケージインダクタンスの可変が行われる。
この場合の絶縁コンバータトランスPITの一次側には一次巻線N1が巻装され、二次側には二次巻線N2が巻装される。そして、さらに制御巻線Ncが巻装される。
The insulating converter transformer PIT according to the present embodiment transmits the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side and varies the leakage inductance for constant voltage control.
In this case, the primary winding N1 is wound on the primary side of the insulating converter transformer PIT, and the secondary winding N2 is wound on the secondary side. Further, the control winding Nc is wound.

ここで、絶縁コンバータトランスPITの構造例を図3〜図6に示すこととし、先ず、図3から説明する。
先ず、図3に示される絶縁コンバータトランスPIT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CR1、CR2を備える。そして、これらダブルコの字型コアCR1、CR2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CR1、CR2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CR1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CR2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二次巻線N2と、一次巻線N1とを、それぞれ所定ターン数により巻装する。この場合には、二次巻線N2のほうが、一次巻線N1よりも磁脚の接合部側にあるようにされる。このようにして一次巻線N1及び二次巻線N2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、制御巻線Ncに流れる直流電流(制御電流Ic)の増加により磁気飽和状態となる、可飽和リアクタとして構成される。このような可飽和リアクタとしての構成を採ることで、制御巻線Ncに流れる制御電流Icのレベルに応じて、一次巻線N1(及び二次巻線N2)のリーケージインダクタンスが変化する。つまり、この図に示す絶縁コンバータトランスPITとしては、制御巻線Ncと、この制御巻線Ncに対してその巻方向が直交するようされた被制御巻線としての一次巻線N1、二次巻線N2とが巻装される、直交型の制御トランスとして構成されるものである。
Here, an example of the structure of the insulating converter transformer PIT is shown in FIGS.
First, the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 3 includes two double U-shaped cores CR1 and CR2 each having four magnetic legs. A solid core is formed by joining the ends of the magnetic legs of the double U-shaped cores CR1 and CR2.
When the three-dimensional core is formed in this way, there are four joint portions of the double U-shaped cores CR1 and CR2 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 CR1 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.
In addition, the other double U-shaped core CR2 side has two winding straddling two adjacent magnetic legs so as to be in a winding direction orthogonal to the winding direction of the control winding NC. The secondary winding N2 and the primary winding N1 are wound by a predetermined number of turns. In this case, the secondary winding N2 is located closer to the magnetic leg joint than the primary winding N1. The two magnetic legs on which the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound in this way also have a relationship in which one has a gap G and the other has no gap. Become.
With such a structure, it is configured as a saturable reactor that is in a magnetic saturation state due to an increase in the direct current (control current Ic) flowing through the control winding Nc. By adopting such a configuration as a saturable reactor, the leakage inductance of the primary winding N1 (and the secondary winding N2) changes according to the level of the control current Ic flowing through the control winding Nc. That is, the insulating converter transformer PIT shown in this figure includes a control winding Nc, a primary winding N1 as a controlled winding whose secondary winding direction is orthogonal to the control winding Nc, and a secondary winding. It is configured as an orthogonal control transformer around which the line N2 is wound.

また、絶縁コンバータトランスPIT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CR1とするが、他方のコアは、ダブルコの字型コアCR2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CR3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の絶縁コンバータトランスPIT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CR1の2本の磁脚に対して巻装し、シングルコの字型コアCR3に対しては、図のようにして、一次巻線N1及び二次巻線N2を巻装するようにしている。この場合にも、制御巻線Ncと、一次巻線N1及び二次巻線N2の組とが、互いの巻き方向が直交するようにされる点では、図3の場合と同様である。
Further, as another structure of the insulating converter transformer PIT, as shown in FIG. 4, a three-dimensional core has a double U-shaped core CR1 having one magnetic core and four cores. Can be formed by combining as a single U-shaped core CR3 having a U-shaped arbitrary cross section instead of the double U-shaped core CR2.
Also in this case, the two gaps G and G are formed by the same positional relationship as that of the insulating converter transformer PIT shown in FIG. The control winding Nc is wound around the two magnetic legs of the double U-shaped core CR1 in the same manner as in FIG. 3, and the single U-shaped core CR3 is wound as shown in the figure. Thus, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound. Also in this case, the control winding Nc and the set of the primary winding N1 and the secondary winding N2 are similar to the case of FIG. 3 in that the winding directions are orthogonal to each other.

また、絶縁コンバータトランスPITは、上記したダブルコの字型コア、若しくはシングルコの字型コアを用いる他に、図5、図6に示す形状のコアを用いた構造としてもよい。
先ず、図5に示す絶縁コンバータトランスPITでは、2つの半目字型コアCR11,CR12を用意し、これらのコアの互いの磁脚が対向するようにして組み合わせることで1つの目字型コアを形成する。また、目字型コアにおいては、外側2本と内側2本の計4本の磁脚が対向することになるが、このうち、外側の1つの磁脚が対向する面について、所定長のギャップGを形成する。
そして、一方の半目字型コアCR11における一本の外側磁脚と、この外側磁脚と隣り合う1本の内側磁脚とに跨るようにして、所定ターン数(巻数)により制御巻線Ncを巻装する。また、他方の半目字型コアCR12における2本の内側磁脚に跨るようにして、所定ターン数(巻数)により一次巻線N1及び二次巻線N2を巻装する。この場合にも、巻装位置として、二次巻線N2のほうが、一次巻線N1よりも磁脚の接合部側にあるようにされる。
In addition, the insulating converter transformer PIT may have a structure using a core having the shape shown in FIGS. 5 and 6 in addition to the above-described double U-shaped core or single U-shaped core.
First, in the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 5, two half-eye-shaped cores CR11 and CR12 are prepared, and one core-shaped core is formed by combining these cores so that their magnetic legs face each other. To do. In addition, in the square core, a total of four magnetic legs, two outside and two inside, face each other. Of these, a gap of a predetermined length is formed on the face where one outer magnetic leg faces. G is formed.
The control winding Nc is formed with a predetermined number of turns (number of turns) so as to straddle one outer magnetic leg in one half-eye-shaped core CR11 and one inner magnetic leg adjacent to the outer magnetic leg. Wrap it. Further, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound by a predetermined number of turns (number of turns) so as to straddle the two inner magnetic legs in the other half-eye-shaped core CR12. Also in this case, the winding position is such that the secondary winding N2 is closer to the magnetic leg joint than the primary winding N1.

また、図6に示す絶縁コンバータトランスPITでは、6本磁脚E形コアCR21と、通常の3本磁脚のE形コアCR22とについて、互いの磁脚を対向させるようにして組み合わせて図示する構造のコアを形成する。そして、制御巻線Ncは、6本磁脚E形コアCR21において、図では下側となっている2本の外側磁脚に対して巻装するようにされる。これに対して、一次巻線N1及び二次巻線N2は、E形コアCR22の中央磁脚に対して巻装するようにされる。この場合には、制御巻線Ncの巻き方向に対して、一次巻線N1及び二次巻線N2の巻き方向は直交する関係となる。この場合には、コアと巻線との関係としては、いわゆる外鉄形的なものとなる。   Further, in the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 6, the six magnetic leg E-shaped core CR21 and the normal three magnetic leg E-shaped core CR22 are combined and illustrated such that their magnetic legs face each other. Forming the core of the structure. The control winding Nc is wound around the two outer magnetic legs on the lower side in the figure in the six magnetic leg E-shaped core CR21. On the other hand, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound around the central magnetic leg of the E-shaped core CR22. In this case, the winding directions of the primary winding N1 and the secondary winding N2 are orthogonal to the winding direction of the control winding Nc. In this case, the relationship between the core and the winding is a so-called outer iron shape.

説明を図2に戻す。
この場合の絶縁トランスPITの一次巻線N1も、一方の端部は、一次側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ドレインとの接続点(スイッチング出力点)に対して接続され、他方の端部は、一次側アースに対して接続される。
Returning to FIG.
The primary winding N1 of the insulating transformer PIT in this case also has one end 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 primary side series resonant capacitor C1. And the other end is connected to the primary side ground.

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。そして、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力により、一次側直列共振回路が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、
本実施の形態の場合には、図3〜図6に例示したようにして、絶縁コンバータトランスPITが可飽和リアクタによる制御トランスとしての構造を採っているのであるが、これにより、後述するようにして制御巻線Ncに流れる制御電流Ncのレベルが変化するのに応じて、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1と二次巻線N2の各リーケージインダクタンスは変化する。つまり、本実施の形態においては、一次側直列共振回路を形成するリーケージインダクタンスL1については、固定ではなく可変となっている。
As understood from the above description, 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 is the capacitance of the series resonance capacitor C1. And a primary side series resonance circuit including a leakage inductance L1 of the insulating converter transformer PIT including the primary winding N1. Then, the primary side series resonant circuit performs a resonance operation by the switching outputs of the switching elements Q1, Q2, thereby making the operation of the primary side switching converter a current resonance type.
In the case of the present embodiment, as illustrated in FIGS. 3 to 6, the insulating converter transformer PIT has a structure as a control transformer using a saturable reactor. As the level of the control current Nc flowing through the control winding Nc changes, the leakage inductances of the primary winding N1 and the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT change. That is, in the present embodiment, the leakage inductance L1 forming the primary side series resonance circuit is variable rather than fixed.

また、この場合の絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2に対しては、先ず、センタータップtpcが設けられる。このセンタータップtpcは二次側アースに接続される。そして、二次巻線N2の両端に対しては、それぞれ整流ダイオードDo1,Do2のアノードが接続され、整流ダイオードDo1,Do2のカソードは、平滑コンデンサCoの正極端子と接続される。つまり、整流ダイオードDo1,Do2及び平滑コンデンサCoとによっては両波整流回路を形成しており、この両波整流回路の整流動作により、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が生成される。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共に、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。   In addition, a center tap tpc is first provided for the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT in this case. The center tap tpc is connected to the secondary side ground. The anodes of the rectifier diodes Do1 and Do2 are connected to both ends of the secondary winding N2, respectively, and the cathodes of the rectifier diodes Do1 and Do2 are connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co. That is, the rectifier diodes Do1 and Do2 and the smoothing capacitor Co form a double-wave rectifier circuit, and the rectifying operation of the double-wave rectifier circuit generates the secondary side DC output voltage Eo as the voltage across the smoothing capacitor Co. Is done. The secondary side DC output voltage Eo is supplied to a load side (not shown) and is also branched and input as a detection voltage for the control circuit 1.

この場合の制御回路1は、検出出力として、二次側直流出力電圧Eoのレベル変化に応じて、レベルを可変した直流電流を、絶縁コンバータトランスPITの制御巻線Ncに対して流すようにして構成される。この場合の制御回路1は、二次側直流出力電圧Eoのレベルに応じて電流増幅するA級増幅回路などとして形成されればよい。
前述もしたように、絶縁コンバータトランスPITでは、制御巻線Ncに流れる制御電流Icのレベルに応じて、一次巻線N1及び二次巻線N2のリーケージインダクタンスが可変されるのであるから、本実施の形態としては、二次側直流出力電圧Eoのレベル変化に応じて、一次巻線N1及び二次巻線N2のリーケージインダクタンスが可変制御されるということになる。
In this case, the control circuit 1 causes a DC current having a variable level to flow as a detection output to the control winding Nc of the insulating converter transformer PIT in accordance with the level change of the secondary side DC output voltage Eo. Composed. The control circuit 1 in this case may be formed as a class A amplifier circuit that amplifies current according to the level of the secondary side DC output voltage Eo.
As described above, in the isolated converter transformer PIT, the leakage inductance of the primary winding N1 and the secondary winding N2 can be varied according to the level of the control current Ic flowing through the control winding Nc. In this form, the leakage inductance of the primary winding N1 and the secondary winding N2 is variably controlled in accordance with the level change of the secondary side DC output voltage Eo.

また、二次巻線N2においてセンタータップtpcから所定巻数分の両側巻線位置に対しては、それぞれタップtp1,tp2が設けられている。タップtp1の端部は、直交型制御トランスPRT−1の被制御巻線NR1の直列接続を介して整流ダイオードDo3のアノードと接続され、タップtp2の端部は、直交型制御トランスPRT−1の被制御巻線NR2の直列接続を介して整流ダイオードDo4のアノードと接続される。整流ダイオードDo3,Do4のカソードは、平滑コンデンサCo1の正極端子と接続される。これにより、整流ダイオードDo3,Do4及び平滑コンデンサCo1とにより両波整流回路を形成することとなり、この両波整流回路の整流動作により、平滑コンデンサCo1の両端電圧として二次側直流出力電圧Eo1を生成する。
なお、直交型制御トランスPRT−1における被制御巻線NR1については、巻終わり端部を二次巻線N2側と接続し,巻始め端部を整流ダイオードDo3側に接続するようにしている。これに対して、被制御巻線NR2については、巻始め端部を二次巻線N2側と接続し,巻終わり端部を整流ダイオードDo4側に接続するようにしている。つまり、整流ダイオードDo3,Do4及び平滑コンデンサCo1から成る整流回路内において、被制御巻線NR1,NR2は、この整流回路の整流動作に適合させるようにして相互に逆極性となるようにして挿入されている。
Further, in the secondary winding N2, taps tp1 and tp2 are respectively provided at both side winding positions corresponding to a predetermined number of turns from the center tap tpc. The end of the tap tp1 is connected to the anode of the rectifier diode Do3 via the series connection of the controlled winding N R1 of the orthogonal control transformer PRT-1, and the end of the tap tp2 is connected to the orthogonal control transformer PRT-1 It is connected to the anode of the rectifier diode Do4 through a series connection of the controlled winding NR2. The cathodes of the rectifier diodes Do3 and Do4 are connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co1. As a result, the rectifier diodes Do3 and Do4 and the smoothing capacitor Co1 form a double-wave rectifier circuit, and the rectifying operation of the double-wave rectifier circuit generates the secondary side DC output voltage Eo1 as the voltage across the smoothing capacitor Co1. To do.
As for the controlled winding NR1 in the orthogonal control transformer PRT-1, the winding end end is connected to the secondary winding N2 side and the winding start end is connected to the rectifier diode Do3 side. On the other hand, for the controlled winding NR2, the winding start end is connected to the secondary winding N2 side, and the winding end end is connected to the rectifier diode Do4 side. That is, in the rectifier circuit composed of the rectifier diodes Do3 and Do4 and the smoothing capacitor Co1, the controlled windings NR1 and NR2 are inserted so as to have opposite polarities so as to be adapted to the rectification operation of the rectifier circuit. ing.

さらにこの場合には、二次巻線N2において、センタータップtpcとタップtp2との間における所定の巻線位置には、タップtp3が設けられており、このタップtp3の端部は、被制御巻線NRの直列接続を介して整流ダイオードDo5のアノードと接続される。整流ダイオードDo5のカソードは、平滑コンデンサCo2のカソードと接続される。これら整流ダイオードDo5及び平滑コンデンサCo2を備えて形成される整流回路は半波整流回路となり、平滑コンデンサCo2の両端電圧として、二次側直流出力電圧Eo2を生成することになる。   Further, in this case, in the secondary winding N2, a tap tp3 is provided at a predetermined winding position between the center tap tpc and the tap tp2, and the end of the tap tp3 is connected to the controlled winding. It is connected to the anode of the rectifier diode Do5 through a series connection of the line NR. The cathode of the rectifier diode Do5 is connected to the cathode of the smoothing capacitor Co2. The rectifier circuit formed by including the rectifier diode Do5 and the smoothing capacitor Co2 is a half-wave rectifier circuit, and generates the secondary side DC output voltage Eo2 as the voltage across the smoothing capacitor Co2.

ここで、二次側直流出力電圧Eoに対する安定化は、主として制御回路1から制御巻線Ncに対して制御電流Icを流すことにより、絶縁コンバータトランスPITにおけるインダクタンス可変制御を行うように構成した定電圧制御回路系によって行われる。
これに対して、二次側直流出力電圧Eo1についての安定化は、制御回路4−1及び直交型制御トランスPRT−1から成る定電圧制御回路系によって行われ、二次側直流出力電圧Eo2についての安定化は、制御回路4−2及び直交型制御トランスPRT−2から成る定電圧制御回路系によって行われることになる。
なお、これらの定電圧制御回路系による定電圧制御動作については、次に順を追って説明する。制御回路4−1,4−2の内部構成についての説明も、二次側直流出力電圧Eo1,Eo2についての定電圧制御動作の説明と共に行うこととする。
Here, the stabilization with respect to the secondary side DC output voltage Eo is a constant configuration in which the inductance variable control in the insulating converter transformer PIT is performed mainly by flowing the control current Ic from the control circuit 1 to the control winding Nc. This is performed by the voltage control circuit system.
On the other hand, the stabilization of the secondary side DC output voltage Eo1 is performed by the constant voltage control circuit system including the control circuit 4-1 and the orthogonal control transformer PRT-1, and the secondary side DC output voltage Eo2 is controlled. Is stabilized by a constant voltage control circuit system including the control circuit 4-2 and the orthogonal control transformer PRT-2.
The constant voltage control operation by these constant voltage control circuit systems will be described in order. The internal configuration of the control circuits 4-1 and 4-2 will also be described together with the description of the constant voltage control operation for the secondary side DC output voltages Eo1 and Eo2.

続いては、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おける定電圧制御について説明することとし、先ず、図7を参照して、交流入力電圧VAC及び負荷の変動に対する制御電流Ic、及びスイッチング周波数fsの変化特性について説明しておく。この図7に示す特性は、主として二次側直流出力電圧Eoの定電圧制御に関連する。   Subsequently, constant voltage control in the power supply circuit as the embodiment configured as described above will be described. First, referring to FIG. 7, the control current Ic with respect to the AC input voltage VAC and the load variation is described. The change characteristics of the switching frequency fs will be described. The characteristics shown in FIG. 7 are mainly related to constant voltage control of the secondary side DC output voltage Eo.

先に図2により説明したようにして、本実施の形態の発振・ドライブ回路2は、交流入力電圧VAC(商用交流電源AC)のレベルに応じて、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数を可変制御する。図7のスイッチング周波数fsは、このスイッチング周波数制御特性を示すものとなる。
この図によると、スイッチング周波数fsは、横軸に示される交流入力電圧VACが80Vから280Vにまで上昇するようにして変化するのに応じて、ほぼ比例的に上昇するようにして可変制御されていることが分かる。また、交流入力電圧VACが同一レベルの条件において、最大負荷電力時(Pomax)と最小負荷電力時(Pomin)とでは、最小負荷電力時のほうがスイッチング周波数fsが高くなっていることが分かる。
As described above with reference to FIG. 2, the oscillation / drive circuit 2 of the present embodiment variably controls the switching frequency of the switching elements Q1 and Q2 in accordance with the level of the AC input voltage VAC (commercial AC power supply AC). To do. The switching frequency fs in FIG. 7 indicates this switching frequency control characteristic.
According to this figure, the switching frequency fs is variably controlled so as to increase almost proportionally as the AC input voltage VAC shown on the horizontal axis changes from 80V to 280V. I understand that. It can also be seen that under the condition that the AC input voltage VAC is at the same level, the switching frequency fs is higher at the minimum load power (Pomax) and at the minimum load power (Pomin).

このようなスイッチング周波数fsの可変制御によっては、次のような動作が得られる。
ここで説明を分かりやすいものとするために、図2に示す電源回路における一次側直列共振回路の共振周波数foは、二次側直流出力電圧のレベル変化(負荷変動)にかかわらず一定であることとする。この場合において、先ず、図7にされる特性のスイッチング周波数の可変範囲は、例えばAC100V系としての最小レベル(例えばVAC=85V)からAC200V系としての最大レベル(例えばVAC=288V)に対応しては、約50KHz〜105KHzとなっている。これに対して、共振周波数foは、50KHzよりも小さい値であるとされる。つまり、スイッチング周波数fsの可変制御は、共振周波数よりも高い周波数範囲で行われる。このようなスイッチング周波数制御については、アッパーサイド制御ともいう。
このようなアッパーサイド制御によるスイッチング周波数の可変制御を行った場合には、スイッチング周波数fsが高くなって共振周波数foから離れていくほど、共振インピーダンスが高くなっていく。ここで共振インピーダンスが高くなっていくということは、一次側から二次側に励起されるようにして伝送されるスイッチング出力の電力量が小さくなっていくことに対応し、これにより、二次側にて生成される二次側直流出力電圧のレベルも低下することになる。
The following operation is obtained by such variable control of the switching frequency fs.
To make the explanation easy to understand, the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit in the power supply circuit shown in FIG. 2 is constant regardless of the level change (load fluctuation) of the secondary side DC output voltage. And In this case, first, the variable range of the switching frequency of the characteristic shown in FIG. 7 corresponds to, for example, the minimum level (for example, VAC = 85V) as the AC100V system to the maximum level (for example, VAC = 288V) as the AC200V system. Is approximately 50 KHz to 105 KHz. On the other hand, the resonance frequency fo is assumed to be a value smaller than 50 KHz. That is, the variable control of the switching frequency fs is performed in a frequency range higher than the resonance frequency. Such switching frequency control is also referred to as upper side control.
When variable control of the switching frequency by such upper side control is performed, the resonance impedance increases as the switching frequency fs increases and the distance from the resonance frequency fo increases. Here, the fact that the resonance impedance becomes higher corresponds to the fact that the amount of power of the switching output transmitted as being excited from the primary side to the secondary side becomes smaller. The level of the secondary side direct-current output voltage generated by the above will also decrease.

このことから、図2に示す実施の形態の電源回路において、発振・ドライブ回路2が、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)のレベル上昇に応じてスイッチング周波数fsを高くするように可変制御しているということは、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)のレベル上昇に応じて、二次側直流出力電圧のレベルを低下させるように制御しているということになる。そして、例えば二次側直流出力電圧に接続される負荷変動などの要因を考慮しないものとして考えた場合、発振・ドライブ回路2の実際のスイッチング周波数制御としては、AC100V系からAC200V系の範囲での、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の変化に応じた二次側直流出力電圧のレベル変化を抑制し、例えばほぼ一定とするように制御する動作となっているものである。   Therefore, in the power supply circuit of the embodiment shown in FIG. 2, the oscillation / drive circuit 2 is variably controlled so as to increase the switching frequency fs as the level of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) increases. This means that the control is performed so that the level of the secondary side DC output voltage is decreased in accordance with the level increase of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC). For example, when considering that factors such as load fluctuations connected to the secondary side DC output voltage are not taken into account, the actual switching frequency control of the oscillation / drive circuit 2 is in the range of AC100V system to AC200V system. In this operation, the level change of the secondary side DC output voltage in accordance with the change of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) is suppressed, and for example, the operation is controlled so as to be substantially constant.

また、制御電流Icは、図2に示した制御回路1により、二次側直流出力電圧Eoのレベルに応じて可変されるようにして出力されるものであることは前述したとおりである。その変化特性としては図7に示すようにして、先ず、交流入力電圧VAC(商用交流電源AC)のレベルが上昇するのに応じて、比例的に低下していくものとなっている。また、最大負荷電力時(Pomax)と最小負荷電力時(Pomin)とを比較すると、同レベルの交流入力電圧VACの条件では、図においてΔIcとして示すように、最大負荷電力時のほうが最小負荷電力時よりも所定レベル分シフトするようにして増加するものとなっている。   Further, as described above, the control current Ic is output by the control circuit 1 shown in FIG. 2 so as to be variable according to the level of the secondary side DC output voltage Eo. As the change characteristic, as shown in FIG. 7, first, as the level of the AC input voltage VAC (commercial AC power supply AC) increases, it gradually decreases. Further, when comparing the maximum load power (Pomax) and the minimum load power (Pomin), under the condition of the AC input voltage VAC of the same level, as shown in FIG. It increases by shifting by a predetermined level from the time.

可飽和リアクタとしての絶縁コンバータトランスPITにおいては、制御巻線Ncに流れる制御電流Icが低減していくのに応じて、一次巻線N1及び二次巻線N2のリーケージインダクタンス成分を増加させていくように動作する。
ここで、一次側直列共振回路(C1−L1)としてみた場合、一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1が増加することに応じては、共振周波数foが低下していくこととなる。そして、この場合においても、共振周波数foに対してスイッチング周波数fsのほうが高い周波数領域にあることを前提とし、また、説明を簡単にするためにスイッチング周波数fsについては固定であるとすると、共振周波数foが低下していくのに応じて、スイッチング周波数fsと共振周波数foの周波数差は拡大する。従って、共振インピーダンスは高くなっていく。共振インピーダンスが高くなるのに応じては、前述もしているように二次側直流出力電圧のレベルは低下するようにして制御されることになる。
なお、制御電流Icが増加していくのに応じては、上記と逆の作用となる。つまり、最終的に二次側直流出力電圧のレベルは上昇するようにして制御される。
In the insulating converter transformer PIT as a saturable reactor, the leakage inductance components of the primary winding N1 and the secondary winding N2 are increased as the control current Ic flowing through the control winding Nc decreases. To work.
Here, when viewed as the primary side series resonance circuit (C1-L1), the resonance frequency fo decreases as the leakage inductance L1 of the primary winding N1 increases. In this case as well, assuming that the switching frequency fs is in a higher frequency region than the resonance frequency fo, and assuming that the switching frequency fs is fixed to simplify the explanation, the resonance frequency As fo decreases, the frequency difference between the switching frequency fs and the resonance frequency fo increases. Therefore, the resonance impedance increases. As the resonance impedance increases, the level of the secondary side DC output voltage is controlled to decrease as described above.
Note that, as the control current Ic increases, the operation is opposite to that described above. That is, the secondary side DC output voltage level is finally controlled to increase.

図7に示す制御電流Icの変化特性として、交流入力電圧VACが同レベルとされる条件では、前述もしているように、最小負荷電力時よりも最大負荷電力時のほうが、制御電流Icは、ΔIcで示されるレベルにより増加している。ここで、制御電流Icのレベルは、二次側直流出力電圧Eoのレベルに応じて制御回路1が可変して出力するものであるから、ここでの負荷電力とは、二次側直流出力電圧Eoに接続される負荷の消費電力を指している。
上記のことからは次のことがいえる。つまり、説明を分かりやすいものとするために、交流入力電圧VACのレベルは一定であるとして考えた場合、二次側直流出力電圧Eoに接続される負荷の変動に伴う二次側直流出力電圧Eoのレベル変化に応じては、制御電流Icのレベルも可変制御される。そして、その可変範囲としては、最大負荷電力時と最小負荷電力時との範囲に応じてΔIcにより示され、この範囲内において、重負荷の条件となるのに従って、制御電流Icのレベルは増加するようにして可変されるものとなる。
As the change characteristic of the control current Ic shown in FIG. 7, under the condition that the AC input voltage VAC is at the same level, as described above, the control current Ic is greater at the maximum load power than at the minimum load power. It increases with the level indicated by ΔIc. Here, since the level of the control current Ic is variable and output by the control circuit 1 in accordance with the level of the secondary side DC output voltage Eo, the load power here is the secondary side DC output voltage. It refers to the power consumption of the load connected to Eo.
From the above, the following can be said. That is, in order to make the explanation easy to understand, when it is assumed that the level of the AC input voltage VAC is constant, the secondary side DC output voltage Eo accompanying the fluctuation of the load connected to the secondary side DC output voltage Eo. As the level changes, the level of the control current Ic is also variably controlled. The variable range is indicated by ΔIc according to the range between the maximum load power and the minimum load power. Within this range, the level of the control current Ic increases as the heavy load condition is met. In this way, it becomes variable.

この場合、二次側直流出力電圧Eoに接続される負荷が重くなって、そのレベルが低下していくとされるときには、制御電流Icは増加するようにして可変制御されることになる。前述したように、制御電流Icのレベルが増加するのに応じては、二次側直流出力電圧Eoのレベルは上昇するようにして制御される。
これに対して、二次側直流出力電圧Eoに接続される負荷が軽くなって、そのレベルが上昇していくとされるときには、制御電流Icは低減するようにして可変制御される。制御電流Icのレベルが低減するのに応じては、二次側直流出力電圧Eoのレベルは下降するようにして制御される。
このことから、制御回路1では、制御電流Icについて、二次側直流出力電圧Eoの負荷状態に応じてレベルを可変しており、これにより、二次側直流出力電圧Eoのレベルが可変制御されていることになる。つまり、制御回路1を備える定電圧制御回路系では、二次側直流出力電圧Eoについての負荷変動に対して、定電圧制御を行うように構成されていることになる。
In this case, when the load connected to the secondary side DC output voltage Eo becomes heavy and its level is lowered, the control current Ic is variably controlled so as to increase. As described above, as the level of the control current Ic increases, the level of the secondary side DC output voltage Eo is controlled to increase.
On the other hand, when the load connected to the secondary side DC output voltage Eo is lightened and the level is increased, the control current Ic is variably controlled so as to decrease. As the level of the control current Ic decreases, the level of the secondary side DC output voltage Eo is controlled to decrease.
Therefore, in the control circuit 1, the level of the control current Ic is varied in accordance with the load state of the secondary side DC output voltage Eo, whereby the level of the secondary side DC output voltage Eo is variably controlled. Will be. That is, the constant voltage control circuit system including the control circuit 1 is configured to perform constant voltage control with respect to load fluctuations with respect to the secondary side DC output voltage Eo.

図2に示す実施の形態の電源回路の二次側においては、上記のようにして安定化される二次側直流出力電圧Eoのほかに、二次側直流出力電圧Eo1、二次側直流出力電圧Eo2を出力させている。そして、本実施の形態では、これらの二次側直流出力電圧Eo1、二次側直流出力電圧Eo2についても、個々に安定化された状態で出力されるようにしている。続いては、これら二次側直流出力電圧Eo1、二次側直流出力電圧Eo2を安定化するための構成について説明する。   On the secondary side of the power supply circuit of the embodiment shown in FIG. 2, in addition to the secondary side DC output voltage Eo stabilized as described above, the secondary side DC output voltage Eo1, the secondary side DC output The voltage Eo2 is output. In this embodiment, the secondary side DC output voltage Eo1 and the secondary side DC output voltage Eo2 are also output in a stabilized state. Subsequently, a configuration for stabilizing the secondary side DC output voltage Eo1 and the secondary side DC output voltage Eo2 will be described.

二次側直流出力電圧Eo1の安定化のための構成としては、直交型制御トランスPRT−1に制御回路4−1が組み合わされるものとなる。同様に、二次側直流出力電圧Eo2の安定化のための構成は、上記直交型制御トランスPRT−2に制御回路4−2が組み合わされるものとなる。そこで先ず、これら直交型制御トランスPRT−1,PRT−2の構造について説明しておく。   As a configuration for stabilizing the secondary side DC output voltage Eo1, the control circuit 4-1 is combined with the orthogonal control transformer PRT-1. Similarly, the configuration for stabilizing the secondary side DC output voltage Eo2 is such that the control circuit 4-2 is combined with the orthogonal control transformer PRT-2. First, the structure of these orthogonal control transformers PRT-1 and PRT-2 will be described.

直交型制御トランスPRT−1,PRT−2としては、例えば先に図3又は図4に示したコア形状及び巻線構造を採用することができる。
直交型制御トランスPRT−1の場合には、例えば図3又は図4において、一次巻線N1及び二次巻線N2が巻装されている位置に対して、一次巻線N1及び二次巻線N2に代えて被制御巻線NR1,NR2を巻装するようにされる。また、直交型制御トランスPRT−2の場合には、一次巻線N1及び二次巻線N2に代えて1組の被制御巻線NRを巻装するような構造とすればよい。
As the orthogonal control transformers PRT-1 and PRT-2, for example, the core shape and winding structure shown in FIG. 3 or FIG. 4 can be employed.
In the case of the orthogonal control transformer PRT-1, for example, in FIG. 3 or FIG. 4, the primary winding N1 and the secondary winding with respect to the position where the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound. Instead of N2, controlled windings NR1 and NR2 are wound. In the case of the orthogonal type control transformer PRT-2, a structure in which a set of controlled windings NR is wound instead of the primary winding N1 and the secondary winding N2 may be used.

そして、二次側直流出力電圧Eo1を安定化するための制御回路4−1は、平滑コンデンサCoの両端電圧である二次側直流出力電圧Eoを電源として入力して動作し、二次側直流出力電圧Eo1のレベル誤差に応じた増幅出力を得る誤差増幅器として形成される。
この制御回路4−1においては、検出電圧である二次側直流出力電圧Eo1が、分圧抵抗R31−R32によって分圧され、この分圧レベルがシャントレギュレータQ11のコントロール端子に入力されるようになっている。シャントレギュレータQ11では、このコントロール端子に入力された分圧レベル(二次側直流出力電圧Eo1のレベル)の誤差に応じたレベルの電流を、電源ライン(二次側直流出力電圧Eoのライン)から抵抗R33を介して流すことになる。
Then, the control circuit 4-1 for stabilizing the secondary side DC output voltage Eo1 operates by inputting the secondary side DC output voltage Eo, which is the voltage across the smoothing capacitor Co, as a power source. It is formed as an error amplifier that obtains an amplified output corresponding to the level error of the output voltage Eo1.
In the control circuit 4-1, the secondary side DC output voltage Eo1 as the detection voltage is divided by the voltage dividing resistors R31 to R32, and this divided level is input to the control terminal of the shunt regulator Q11. It has become. In the shunt regulator Q11, a current of a level corresponding to the error of the voltage division level (secondary DC output voltage Eo1 level) input to the control terminal is supplied from the power supply line (secondary DC output voltage Eo line). The current flows through the resistor R33.

ここで、PNPのトランジスタQ12のベースには、抵抗R33−抵抗R34の直列接続を介して、電源ライン(二次側直流出力電圧Eoのライン)からベース電流が流されている状態にある。トランジスタQ12のコレクタは、直交型制御トランスPRT−1の制御巻線Ncを介して電源ライン(二次側直流出力電圧Eoのライン)と接続されている。エミッタは二次側アースに接地される。これにより、直交型制御トランスPRT−1の制御巻線Ncには上記したベース電流に応じて増幅されたレベルのコレクタ電流が、制御電流Ic1として流れることになる。   Here, the base current of the PNP transistor Q12 is flowing from the power supply line (secondary DC output voltage Eo line) through the series connection of the resistor R33 and the resistor R34. The collector of the transistor Q12 is connected to the power supply line (secondary DC output voltage Eo line) via the control winding Nc of the orthogonal control transformer PRT-1. The emitter is grounded to the secondary side ground. As a result, a collector current at a level amplified according to the base current flows through the control winding Nc of the orthogonal control transformer PRT-1 as the control current Ic1.

ここで、負荷が軽くなったことで二次側直流出力電圧Eo1が上昇するようにして変化したとすると、これに応じて、制御回路4−1においては、シャントレギュレータQ11のコントロール端子に印加される分圧抵抗R31−R32の分圧レベルも増加するから、シャントレギュレータQ11に流れる電流も増加していくことになる。これに応じては、トランジスタQ12のベース−エミッタ間に挿入される抵抗R35の両端電位として得られるベース電位が低下することとなってベース電流が減少するので、制御電流Ic1のレベルも低下することになる。直交型制御トランスPRTー1においては、制御電流Ic1のレベルが低下していくのに応じて、被制御巻線NR1,NR2のインダクタンスを増加させる。
つまり、制御回路4−1によっては、二次側直流出力電圧Eo1が上昇するのに応じては、直交型制御トランスPRT−1の被制御巻線NR1,NR2のインダクタンスを増加させ、また、二次側直流出力電圧Eo1が下降するのに応じては、直交型制御トランスPRT−1の被制御巻線NRのインダクタンスを増加させる動作が得られる。
Here, if the load is reduced and the secondary side DC output voltage Eo1 is changed so as to increase, the control circuit 4-1 applies it to the control terminal of the shunt regulator Q11 accordingly. Since the voltage dividing level of the voltage dividing resistors R31 to R32 also increases, the current flowing through the shunt regulator Q11 also increases. In response to this, the base potential obtained as the potential across the resistor R35 inserted between the base and emitter of the transistor Q12 is lowered and the base current is reduced, so that the level of the control current Ic1 is also lowered. become. In the orthogonal control transformer PRT-1, the inductances of the controlled windings NR1 and NR2 are increased as the level of the control current Ic1 decreases.
That is, depending on the control circuit 4-1, the inductance of the controlled windings NR1 and NR2 of the orthogonal control transformer PRT-1 is increased as the secondary side DC output voltage Eo1 increases. As the secondary DC output voltage Eo1 decreases, an operation for increasing the inductance of the controlled winding NR of the orthogonal control transformer PRT-1 is obtained.

ここで、直交型制御トランスPRT−1の被制御巻線NR1,NR2は、二次側直流出力電圧Eo1を生成するための整流ダイオードDo3,Do4の各整流電流経路に挿入されるものであり、上記のようにしてインダクタンスが可変制御されることによっては、整流出力電圧レベルを変化させることになる。この結果、この整流出力電圧でもって充電される平滑コンデンサCo1の両端電圧、つまり、二次側直流出力電圧Eo1のレベルが変化することになる。そして、この二次側直流出力電圧Eo1のレベル変化は、被制御巻線NR1,NR2のインダクタンスが増加するのに応じて、低減する傾向となる。このようにして制御回路4−1が動作する結果、二次側直流出力電圧Eo1が安定化されるようにして制御されることになる。
なお、制御回路4−1内には、トランジスタQ14を備えて成る起動回路も含まれているのであるが、この起動回路部分の構成及び動作については後述する。
Here, the controlled windings NR1 and NR2 of the orthogonal control transformer PRT-1 are inserted into the rectified current paths of the rectifier diodes Do3 and Do4 for generating the secondary side DC output voltage Eo1, When the inductance is variably controlled as described above, the rectified output voltage level is changed. As a result, the voltage across the smoothing capacitor Co1 charged with this rectified output voltage, that is, the level of the secondary side DC output voltage Eo1 changes. The level change of the secondary side DC output voltage Eo1 tends to decrease as the inductances of the controlled windings NR1 and NR2 increase. As a result of the operation of the control circuit 4-1, the secondary side DC output voltage Eo1 is controlled to be stabilized.
Note that the control circuit 4-1 includes a start-up circuit including the transistor Q14. The configuration and operation of this start-up circuit portion will be described later.

また、二次側直流出力電圧Eo2を安定化するための制御回路4−2も、分圧抵抗R41−R42、シャントレギュレータQ21、抵抗R43、抵抗R44、抵抗R45、トランジスタQ22を、上記制御回路4−1の分圧抵抗R31−R32、シャントレギュレータQ11、抵抗R33、抵抗R34、抵抗R35、トランジスタQ12と同様の接続態様により接続することで、誤差増幅器として形成される。
但し、この場合においては、平滑コンデンサCo2の両端電圧である二次側直流出力電圧Eo2を分圧抵抗R41−R42により分圧してシャントレギュレータQ21のコントロール端子に入力している。また、誤差増幅出力であるトランジスタQ22のコレクタ電流は、直交型制御トランスPRT−2の制御巻線Ncに対して制御電流Ic2として流すようにされている。ここで、直交型制御トランスPRT−2の被制御巻線NRは、二次側直流出力電圧Eo2を生成するための半波整流回路の整流電流経路に挿入されている。
つまり、制御回路4−2は、二次側直流出力電圧Eo2のレベル誤差に応じた増幅出力を得る誤差増幅器であり、二次側直流出力電圧Eo2を安定化するために設けられる。なお、電源として、平滑コンデンサCoの両端電圧である二次側直流出力電圧Eoを入力して動作する点は、制御回路4−1と同様である。
このようにして構成される制御回路4−1では、二次側直流出力電圧Eo2のレベル変動に対応して制御回路4−1として説明したのと同様の動作を行う。これにより、二次側直流出力電圧Eo2のレベルに応じて直交型制御トランスPRT−2の被制御巻線NRのインダクタンスが可変制御されることになる。つまり、直交型制御トランスにおけるインダクタンス制御によって、二次側直流出力電圧Eo2についての定電圧化が図られることとなる。
Also, the control circuit 4-2 for stabilizing the secondary side DC output voltage Eo2 includes the voltage dividing resistors R41-R42, the shunt regulator Q21, the resistor R43, the resistor R44, the resistor R45, and the transistor Q22. -1 voltage dividing resistors R31-R32, shunt regulator Q11, resistor R33, resistor R34, resistor R35, and transistor Q12 are connected in the same connection manner to form an error amplifier.
However, in this case, the secondary side DC output voltage Eo2 which is the voltage across the smoothing capacitor Co2 is divided by the voltage dividing resistors R41-R42 and inputted to the control terminal of the shunt regulator Q21. The collector current of the transistor Q22, which is an error amplification output, is caused to flow as a control current Ic2 to the control winding Nc of the orthogonal control transformer PRT-2. Here, the controlled winding NR of the orthogonal control transformer PRT-2 is inserted in the rectified current path of the half-wave rectifier circuit for generating the secondary side DC output voltage Eo2.
That is, the control circuit 4-2 is an error amplifier that obtains an amplified output corresponding to the level error of the secondary side DC output voltage Eo2, and is provided to stabilize the secondary side DC output voltage Eo2. In addition, it is the same as that of the control circuit 4-1 in that it operates by inputting the secondary side DC output voltage Eo that is the voltage across the smoothing capacitor Co as a power source.
The control circuit 4-1 configured as described above performs the same operation as that described as the control circuit 4-1 in response to the level fluctuation of the secondary side DC output voltage Eo 2. As a result, the inductance of the controlled winding NR of the orthogonal control transformer PRT-2 is variably controlled according to the level of the secondary side DC output voltage Eo2. That is, a constant voltage for the secondary side DC output voltage Eo2 is achieved by inductance control in the orthogonal control transformer.

また、前述した制御回路4−1においては、起動回路が備えられる。この起動回路は、PNPのトランジスタQ14、抵抗R36、R37、及びZD1から成る。トランジスタQ14のコレクタは、抵抗R36を介して平滑コンデンサCoの正極端子(二次側直流出力電圧Eoのライン)と接続される。また、トランジスタQ14のベースは、抵抗R37を介して、同じく平滑コンデンサCoの正極端子(二次側直流出力電圧Eoのライン)と接続されると共に、ツェナーダイオードZD1のカソードからアノードを介して二次側アースに接続される。トランジスタQ14のエミッタは、直交型制御トランスPRT−1の制御巻線Ncの端部と直交型制御トランスPRT−2の制御巻線Ncの端部と、平滑コンデンサCo1の正極端子との接続点に対して接続される。   In addition, the control circuit 4-1 described above is provided with a startup circuit. This starting circuit comprises a PNP transistor Q14, resistors R36, R37, and ZD1. The collector of the transistor Q14 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co (secondary DC output voltage Eo line) via the resistor R36. The base of the transistor Q14 is also connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co (secondary DC output voltage Eo line) through the resistor R37, and from the cathode of the Zener diode ZD1 to the secondary through the anode. Connected to side ground. The emitter of the transistor Q14 is connected to the connection point between the end of the control winding Nc of the orthogonal control transformer PRT-1, the end of the control winding Nc of the orthogonal control transformer PRT-2, and the positive terminal of the smoothing capacitor Co1. Connected to each other.

図2に示す電源回路の実際として、商用交流電源ACの投入直後において、二次側直流出力電圧Eo,Eo1,Eo2が立ち上がって、制御回路4−1,4−2が動作を開始したとしても、直交型制御トランスPRT−1、PRT−2の各制御巻線Ncの制御電流Icは流れにくい状態となっている。
しかし、上記のようにして起動回路が備えられることで、先ず、二次側直流出力電圧Eoが立ち上がるのに応じて、起動回路内のトランジスタQ14がオンとなり、強制的に二次側直流出力電圧Eoのラインから直交型制御トランスPRT−1、PRT−2の各制御巻線Ncに対して電流が流れることとなる。そして、電源起動時から一定時間経過して平滑コンデンサCoの両端電圧が一定以上にまで立ち上がるとされると、ツェナーダイオードZD1が導通してトランジスタQ14はオフとなる。このときには、二次側直流出力電圧Eo1,Eo2が所要以上のレベルにまで上昇しており、従って以降は、制御回路4−1、4−2による、通常の制御電流Icのレベル制御が行われる状態に遷移することとなる。
As a practical example of the power supply circuit shown in FIG. 2, even if the secondary side DC output voltages Eo, Eo1, and Eo2 rise immediately after the commercial AC power supply AC is turned on, the control circuits 4-1 and 4-2 start operating. The control currents Ic of the control windings Nc of the orthogonal control transformers PRT-1 and PRT-2 are difficult to flow.
However, since the start-up circuit is provided as described above, first, in response to the rise of the secondary side DC output voltage Eo, the transistor Q14 in the start-up circuit is turned on, forcing the secondary side DC output voltage. Current flows from the line Eo to the control windings Nc of the orthogonal control transformers PRT-1 and PRT-2. When a certain time elapses after the power is turned on and the voltage across the smoothing capacitor Co rises above a certain level, the Zener diode ZD1 becomes conductive and the transistor Q14 is turned off. At this time, the secondary side DC output voltages Eo1 and Eo2 have risen to a level higher than necessary, and hence the level control of the normal control current Ic is performed by the control circuits 4-1 and 4-2 thereafter. Transition to the state.

これまでの説明から分かるようにして、図2に示した本実施の形態の電源回路では、AC100V系〜AC200V系に対応した交流入力電圧VACのレベル変化に応答させて、スイッチング周波数を可変制御することとしており、これにより、例えば負荷条件を一定とした条件の下では、二次側直流出力電圧のレベルがほぼ一定となるようにしている。
そして、二次側直流出力電圧Eo1,Eo2,Eo3のうち、最も負荷変動が大きいとされる二次側直流出力電圧Eo1については、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を可変制御することによって、負荷変動に対する安定化が図られるようにしている。
また、残る二次側直流出力電圧Eo1,Eo2については、それぞれ直交型制御トランスPRT−1,PRT−2を備えて、整流電流経路に挿入した直交型制御トランスPRT−1,PRT−2の各被制御巻線NRのインダクタンスを可変することで、同じく、負荷変動対する安定化を図ることとしている。
As can be seen from the above description, in the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 2, the switching frequency is variably controlled in response to the level change of the AC input voltage VAC corresponding to the AC100V system to AC200V system. Thus, for example, under the condition where the load condition is constant, the level of the secondary side DC output voltage is made substantially constant.
Of the secondary side DC output voltages Eo1, Eo2, and Eo3, the secondary side DC output voltage Eo1 that has the largest load fluctuation is variably controlled by controlling the leakage inductance of the insulating converter transformer PIT. Is to be stabilized.
Further, the remaining secondary side DC output voltages Eo1 and Eo2 are respectively provided with orthogonal control transformers PRT-1 and PRT-2 and inserted into the rectified current path. Similarly, by varying the inductance of the controlled winding NR, stabilization against load fluctuation is achieved.

つまり、本実施の形態の電源回路では、先ず、AC100V系〜AC200V系の範囲での商用交流電源の入力レベルの変化に起因するとされる、二次側直流出力電圧の変動については、スイッチング周波数制御により安定化を図ることとしており、各二次側直流出力電圧(Eo,Eo1,Eo2)についての負荷変動に対応するレベル変化については、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の可変制御、若しくは、整流電流経路に挿入したインダクタのインダクタンス可変制御により安定化を図ることとしている。つまり、二次側直流出力電圧のレベル変化には、商用交流電源ACの入力レベルの変化と、二次側直流出力電圧に接続される負荷状態の変化との2つの要因があるものとして捉え、これらの各要因ごとに対応して、それぞれ異なる制御系により安定化を図る構成としているものである。   That is, in the power supply circuit of the present embodiment, first, switching frequency control is performed for fluctuations in the secondary side DC output voltage caused by the change in the input level of the commercial AC power supply in the range of AC100V system to AC200V system. As for the level change corresponding to the load fluctuation for each secondary side DC output voltage (Eo, Eo1, Eo2), variable control of the leakage inductance of the insulating converter transformer PIT or the rectified current Stabilization is achieved by variable inductance control of the inductor inserted in the path. In other words, the level change of the secondary side DC output voltage is regarded as having two factors: the change of the input level of the commercial AC power supply AC and the change of the load state connected to the secondary side DC output voltage, Corresponding to each of these factors, it is configured to be stabilized by different control systems.

例えば従来として説明したように、スイッチング周波数制御のみによって、AC100V系からAC200Vの範囲に及ぶ商用交流電源ACの変化と、相応の程度の重負荷とされる条件での負荷変動に対応しようとした場合には、二次側直流出力電圧の変化量に対してスイッチング周波数の最大可変幅が不足して、適正な定電圧制御ができなくなる場合がある。
これに対して、上記した本実施の形態としての定電圧制御の構成では、商用交流電源ACの変動に対応する安定化と、負荷変動に対応する安定化とが、それぞれ異なる制御方式で分担され、かつ、これらの制御方式が同時に行われるようにされている。これにより、例えばAC100V系〜AC200V系(例えばVAC=85V〜288V)とされる広範囲の商用交流電源の入力レベル範囲と、相応に大きいとされる負荷変動幅に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、ワイドレンジ対応であり、かつ、負荷条件として負荷変動幅が大きいとされる電源回路として、充分に実用的な電源回路が得られることとなる。
For example, as described in the prior art, when only the switching frequency control is used, the change in the commercial AC power supply AC ranging from the AC 100V system to the AC 200V range and the load fluctuation under the corresponding heavy load condition are attempted. In some cases, the maximum variable width of the switching frequency is insufficient with respect to the change amount of the secondary side DC output voltage, and proper constant voltage control cannot be performed.
On the other hand, in the configuration of the constant voltage control as the present embodiment described above, stabilization corresponding to fluctuations in the commercial AC power supply AC and stabilization corresponding to load fluctuations are shared by different control methods. In addition, these control methods are performed simultaneously. As a result, the secondary side DC output corresponding to the input level range of a wide range of commercial AC power sources, for example, AC100V system to AC200V system (for example, VAC = 85V to 288V), and the load fluctuation range which is correspondingly large. It will be guaranteed that the voltage Eo is stabilized. That is, a sufficiently practical power supply circuit can be obtained as a power supply circuit that is compatible with a wide range and has a large load fluctuation range as a load condition.

図2に示す電源回路の実際例として、絶縁コンバータトランスPITについては、例えば図4に示した構造を採用するとした場合には、立体型コアのサイズとして20mm×20mm×20mmとし、ギャップGのギャップ長としては、50μから100μmとする。また、一次巻線部N1については巻数を50T(ターン)とし、二次巻線N2は10Tとし、制御巻線Ncについては1000Tとした。
そして、このようにして部品を選定したときの、交流入力電圧VAC=85〜288Vの変動範囲で、負荷電力Po=0W〜90Wの負荷変動範囲とされる条件でのスイッチング周波数fsと、制御電流Icの変化特性としては、下記のようになった。
fs=50KHz〜105KHz
Ic=60mA〜0
As an actual example of the power supply circuit shown in FIG. 2, when the insulating converter transformer PIT adopts the structure shown in FIG. 4, for example, the size of the three-dimensional core is 20 mm × 20 mm × 20 mm, and the gap G The length is 50 μm to 100 μm. Further, the number of turns for the primary winding portion N1 was 50T (turns), the secondary winding N2 was 10T, and the control winding Nc was 1000T.
When the component is selected in this way, the switching frequency fs under the condition that the load input range Po is 0 W to 90 W and the load frequency range is the range of the AC input voltage VAC = 85 to 288 V, the control current The change characteristics of Ic are as follows.
fs = 50 KHz to 105 KHz
Ic = 60mA ~ 0

ここで、負荷条件として、最小負荷電力Pomin=0W、最大負荷電力Pomax=90Wを設定しているのは、図2に示す電源回路としては、例えばプリンタ装置に搭載することを前提としているからである。ここでいうプリンタ装置とは、例えばパーソナルコンピュータなどと接続されて、パーソナルコンピュータのアプリケーションの指示などに応じて印刷を行う機能を有する装置を指す。
このようなプリンタ装置では、例えば印刷動作を行っていない待機時には、ほとんど負荷はオープン、無負荷の状態となる。つまり、負荷条件として、最小負荷電力は、上記もしているように最小負荷電力Pomin=0Wとみなされる状態となる。従って、例えば最大負荷電力が90W程度であるとしても、最大負荷電力時と最小負荷電力時との差は相応に大きなものとなる傾向にある。そのうえで、例えば交流入力電圧VAC=85〜288Vの広範囲の商用交流電源入力に対応させようとした場合には、例えば従来でも述べたように、単純にスイッチング周波数制御により安定化を図るのでは、スイッチング周波数の最大可変範囲で二次側直流出力電圧の変動幅をカバーすることが難しくなるわけである。
このことから、本実施の形態の電源回路としては、特に、プリンタ装置などの電源装置として適用することで、そのメリットがより有効、有用なものとなるということがいえる。
Here, as the load conditions, the minimum load power Pomin = 0 W and the maximum load power Pomax = 90 W are set because it is assumed that the power supply circuit shown in FIG. is there. The printer device here refers to a device that is connected to, for example, a personal computer and has a function of performing printing in accordance with an instruction of an application of the personal computer.
In such a printer device, for example, when the printer is not performing a printing operation, the load is almost open and unloaded. That is, as the load condition, the minimum load power is in a state that the minimum load power Pomin = 0 W as described above. Therefore, for example, even if the maximum load power is about 90 W, the difference between the maximum load power and the minimum load power tends to be correspondingly large. In addition, for example, when trying to cope with a wide range of commercial AC power input of AC input voltage VAC = 85 to 288 V, for example, as described in the related art, if stabilization is simply achieved by switching frequency control, switching is performed. This makes it difficult to cover the fluctuation range of the secondary side DC output voltage in the maximum frequency variable range.
From this, it can be said that the merit becomes more effective and useful when applied as a power supply device such as a printer device as the power supply circuit of the present embodiment.

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、上記したスイッチング周波数の制御範囲は、最大可変範囲の50KHz〜250KHzに収まっているものとなっている。
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、部品選定などを変更することで、さらに広い負荷変動範囲にも対応して適正に安定化を図ることが可能である。また、さらに広い商用交流電源の入力レベル範囲にも対応させることは可能とされる。
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) ), The control range of the switching frequency described above is within the maximum variable range of 50 KHz to 250 KHz.
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 on it, it is possible to achieve appropriate stabilization in response to a wider load fluctuation range by changing part selection and the like. Further, it is possible to cope with a wider input level range of a commercial AC power supply.

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、ワイドレンジ対応のための定電圧制御として、スイッチング周波数の連続的可変制御、及び、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の連続的可変制御、若しくは整流電流経路に挿入したインダクタンスの連続的可変制御を行うこととしている。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。なお、本実施の形態では、スイッチング駆動については他励式としていることで、1組の絶縁コンバータトランスPITを備える構成によりスイッチング周波数の可変制御と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の可変制御を可能としている。
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及び二次側直流出力電圧のレベル変化に追随するようにして、スイッチング周波数と制御電流Ic,Ic1,Ic2が同時に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。
Further, in this embodiment, as constant voltage control for wide range, continuous variable control of switching frequency, continuous variable control of leakage inductance of insulation converter transformer PIT, or inductance inserted in a rectification current path The continuous variable control is performed. In other words, for example, it does not have a switching function by an electromagnetic relay. In the present embodiment, the switching drive is of the separately excited type, so that the variable frequency control of the switching frequency and the leakage inductance of the insulating converter transformer PIT can be performed by the configuration including one set of the insulating converter transformer PIT. .
For this reason, for example, even if an abnormality such as an instantaneous power failure or a steep drop occurs in the commercial AC power supply AC, the level of the rectified smoothing voltage Ei and the secondary side DC output voltage according to the abnormality is followed. The switching frequency and the control currents Ic, Ic1, and Ic2 are simultaneously varied to protect the circuit and prevent malfunction of the electromagnetic relay. 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、図2に示す実施の形態としての電源回路の構成では、スイッチング周波数制御は、一次側に設けられる発振・ドライブ回路2が、同じ一次側にて整流平滑電圧Eiを検出することにより実行する。つまり、スイッチング周波数制御は一次側で完結している。
また、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の制御は、二次側直流出力電圧Eoのレベルをフィードバックするようにして、二次側に在るとされる制御回路1から絶縁コンバータトランスPITの制御巻線Ncに制御電流Icを流すことで行うようにしている。ここで、図3〜図6に示した構造から理解されるように、絶縁コンバータトランスPITの制御巻線Ncは、一次巻線N1とは直流的に絶縁されている。従って、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の制御系は、二次側で完結していることになる。このことから、少なくとも二次側直流出力電圧Eoの定電圧制御系については、一次側と二次側との間でのフィードバックは行っていないということがいえる。これにより、例えば定電圧制御のために、一次側と二次側とを直流的に絶縁するためのフォトカプラなどの部品素子は不要とすることができる。例えば、図1に示したような構成によりスイッチング周波数制御を行う場合には、二次側の制御回路1から一次側の発振・ドライブ回路2にフィードバックする系が必要であるために、一次側と二次側とを直流的に絶縁することが必要になってくる。
そのうえで、図2に示した実施の形態の構成としては、残る二次側直流出力電圧Eo1,Eo2についても、二次側に直交型制御トランスPRT−1,PRT−2を備えることで安定化を図ることとしている。つまり、二次側直流出力電圧Eo1,Eo2についての定電圧制御系としては二次側で完結するようにされており、従って、依然として一次側と二次側とを直流的に絶縁する必要は無いようにされている。
Further, in the configuration of the power supply circuit as the embodiment shown in FIG. 2, the switching frequency control is executed when the oscillation / drive circuit 2 provided on the primary side detects the rectified and smoothed voltage Ei on the same primary side. . That is, the switching frequency control is completed on the primary side.
The leakage inductance of the insulating converter transformer PIT is controlled by feeding back the level of the secondary side DC output voltage Eo so that the control winding of the insulating converter transformer PIT is controlled from the control circuit 1 that is supposed to be on the secondary side. This is done by passing a control current Ic through Nc. Here, as understood from the structures shown in FIGS. 3 to 6, the control winding Nc of the insulating converter transformer PIT is galvanically isolated from the primary winding N1. Therefore, the leakage inductance control system of the insulating converter transformer PIT is completed on the secondary side. From this, it can be said that at least the constant voltage control system of the secondary side DC output voltage Eo is not fed back between the primary side and the secondary side. Thereby, for example, for constant voltage control, a component element such as a photocoupler for DC-insulating the primary side and the secondary side can be eliminated. For example, when switching frequency control is performed with the configuration shown in FIG. 1, a system that feeds back from the secondary control circuit 1 to the primary oscillation / drive circuit 2 is necessary. It is necessary to insulate the secondary side in a DC manner.
In addition, the configuration of the embodiment shown in FIG. 2 is to stabilize the remaining secondary side DC output voltages Eo1 and Eo2 by providing orthogonal control transformers PRT-1 and PRT-2 on the secondary side. I am trying to plan. That is, the constant voltage control system for the secondary side DC output voltages Eo1 and Eo2 is completed on the secondary side, and therefore it is not necessary to insulate the primary side and the secondary side in a DC manner. Has been.

また、図2に示す電源回路としては、これまでの説明からも理解されるように、1つの電源回路からマルチ(複数)の二次側直流出力電圧を生成して取り出す構成となっているといえる。通常、これら複数の二次側直流出力電圧は、それぞれ異なる負荷条件に対応するものとして生成される。
このような構成において、例えば1つの二次側直流出力電圧(図2ではEo)については、スイッチング周波数制御や絶縁コンバータトランスPITのインダクタンス制御により安定化を図るとして、残る二次側直流出力電圧(図2ではEo1,Eo2)について、個々の二次側直流出力電圧について安定化するのにあたっては、例えば他に、シリーズレギュレータや降圧形コンバータ、若しくは磁気増幅器を備える定電圧制御系とすることが知られている。
In addition, the power supply circuit shown in FIG. 2 is configured to generate and take out a plurality (multiple) of secondary side DC output voltages from one power supply circuit, as can be understood from the above description. I can say that. Usually, the plurality of secondary side DC output voltages are generated corresponding to different load conditions.
In such a configuration, for example, one secondary side DC output voltage (Eo in FIG. 2) is stabilized by switching frequency control or inductance control of the insulating converter transformer PIT, and the remaining secondary side DC output voltage ( In FIG. 2, in order to stabilize the individual secondary side DC output voltages for Eo1, Eo2), it is known that, for example, a constant voltage control system including a series regulator, a step-down converter, or a magnetic amplifier is used. It has been.

しかしながら、周知のようにして、シリーズレギュレータにより安定化する構成では、電力損失が非常に大きいため、電力変換効率的に不利であり、発熱の問題も無視できない。
また、降圧形コンバータも電力損失は多いといえる。また、降圧形コンバータは1つのスイッチングコンバータであり、メインの一次側スイッチングコンバータに対して独立したスイッチング動作は行う。このために、異なるスイッチング周波数の干渉が生じやすくなり、それだけ、電源回路内に発生するノイズ量も増加してしまうという問題がある。
However, as is well known, in the configuration stabilized by the series regulator, the power loss is very large, which is disadvantageous in terms of power conversion efficiency, and the problem of heat generation cannot be ignored.
In addition, it can be said that the step-down converter also has a large power loss. The step-down converter is a single switching converter, and performs an independent switching operation with respect to the main primary side switching converter. For this reason, there is a problem that interference of different switching frequencies is likely to occur, and the amount of noise generated in the power supply circuit is increased accordingly.

これに対して、図2に示す本実施の形態のようにして、被制御巻線NRを整流電流経路に挿入した直交型制御トランス(PRT−1,PRT−2)と、制御回路(4−1,4−2)から成る定電圧制御系の構成を採った場合、制御回路により被制御巻線NRのインダクタンスを可変するために要する制御電力は、非常に少ない。このことから、上記したシリーズレギュレータ、降圧形コンバータ、及び磁気増幅器により二次側直流出力電圧を安定化する場合と比較して、電力損失は大幅に低いものとすることができる。これにより、例えば放熱板を設ける必要も無くなる。
また、図2において二次側直流出力電圧Eo1,Eo2を安定化する回路の実際としては、可飽和リアクトルとしての制御トランスと、この制御トランスの制御巻線に流すべき直流電流(制御電流)レベルを、制御対象の二次側直流出力電圧レベルに応じて可変するための回路を備えればよいこととなる。これにより、同じくシリーズレギュレータや降圧形コンバータ、若しくは磁気増幅器により二次側直流出力電圧を安定化する場合と比較すれば、非常に低コストとなる。
さらに、制御トランスを利用する定電圧制御動作は、制御トランスの制御巻線に流すべき直流電流(制御電流)レベルを可変制御するという制御であり、一次側スイッチングコンバータと独立したスイッチング動作は行われない。従って、降圧形コンバータを採用した場合のような、異なるスイッチング周波数の干渉が生じることが無く、それだけ、電源回路内に発生するノイズ量も低減されることとなる。
On the other hand, as in the present embodiment shown in FIG. 2, the orthogonal control transformers (PRT-1, PRT-2) in which the controlled winding NR is inserted in the rectified current path and the control circuit (4- When the configuration of the constant voltage control system consisting of (1,4-2) is adopted, the control power required for changing the inductance of the controlled winding NR by the control circuit is very small. From this, the power loss can be significantly reduced as compared with the case where the secondary side DC output voltage is stabilized by the above-described series regulator, step-down converter, and magnetic amplifier. Thereby, for example, it is not necessary to provide a heat sink.
Further, in FIG. 2, the actual circuit for stabilizing the secondary side DC output voltages Eo1 and Eo2 includes a control transformer as a saturable reactor, and a DC current (control current) level to be passed through the control winding of the control transformer. It is sufficient to provide a circuit for varying the voltage according to the secondary DC output voltage level to be controlled. As a result, compared with the case where the secondary side DC output voltage is stabilized by a series regulator, a step-down converter, or a magnetic amplifier, the cost is very low.
Furthermore, the constant voltage control operation using the control transformer is a control of variably controlling the DC current (control current) level to be passed through the control winding of the control transformer, and the switching operation independent of the primary side switching converter is performed. Absent. Accordingly, there is no interference with different switching frequencies as in the case of adopting the step-down converter, and the amount of noise generated in the power supply circuit is reduced accordingly.

さらに、図2に示す二次側直流出力電圧Eo1,Eo2を安定化する回路系は、制御回路4−1,4−2について、少数の部品回路を追加して構成することで、負荷短絡に対する保護回路としても機能する。この点について、図8を参照して、制御回路4−1を例に説明する。なお、図8において、図2と同一部分には同一符号を付して説明を省略する   Further, the circuit system for stabilizing the secondary side DC output voltages Eo1 and Eo2 shown in FIG. 2 is configured by adding a small number of component circuits to the control circuits 4-1 and 4-2, thereby preventing a load short circuit. It also functions as a protection circuit. This point will be described with reference to FIG. 8 using the control circuit 4-1 as an example. In FIG. 8, the same parts as those in FIG.

図8に示す制御回路4−1は、二次側直流出力電圧Eoと、直交型制御トランスPRT−1の制御巻線Ncとの間に、コンデンサC2が図示する極性によって挿入される。この場合のコンデンサC2は電解コンデンサとされ、コンデンサC2の正極が二次側直流出力電圧Eoのラインと接続され、負極が制御巻線Ncの端部と接続される。
また、コンデンサC2の正極にはトランジスタQ5のエミッタが接続され、負極にはトランジスタQ5のコレクタが接続される。抵抗R47は、トランジスタQ5のベース−エミッタ間抵抗である。
また、トランジスタQ5のベースは、抵抗R48を介してトランジスタQ6のコレクタと接続される。また、トランジスタQ6のエミッタは二次側アースに接続される。トランジスタQ6のベースは、抵抗R50を介して二次側直流出力電圧Eo1のラインと接続される。抵抗R19は、トランジスタQ6のベース−エミッタ間抵抗である。
In the control circuit 4-1, shown in FIG. 8, a capacitor C2 is inserted between the secondary DC output voltage Eo and the control winding Nc of the orthogonal control transformer PRT-1 with the polarity shown in the figure. The capacitor C2 in this case is an electrolytic capacitor, the positive electrode of the capacitor C2 is connected to the secondary side DC output voltage Eo line, and the negative electrode is connected to the end of the control winding Nc.
The emitter of the transistor Q5 is connected to the positive electrode of the capacitor C2, and the collector of the transistor Q5 is connected to the negative electrode. The resistor R47 is a base-emitter resistor of the transistor Q5.
The base of the transistor Q5 is connected to the collector of the transistor Q6 via the resistor R48. The emitter of the transistor Q6 is connected to the secondary side ground. The base of the transistor Q6 is connected to the line of the secondary side DC output voltage Eo1 through the resistor R50. The resistor R19 is a base-emitter resistor of the transistor Q6.

このような制御回路4−1の構成では、例えば商用交流電源ACが投入されて、二次側直流出力電圧Eoが規定のレベルにまで立ち上がると、先ず、二次側直流出力電圧EoのラインからコンデンサC2を介して、制御巻線Ncに対して制御電流Ic1を流すことになる。
この際、二次側直流出力電圧Eo1も、商用交流電源ACの投入に応じて立ち上がることになるが、二次側直流出力電圧Eo1が所定以上(例えば2V)のレベルに上昇すると、トランジスタQ6を導通させるに足るベース−エミッタ間電圧が得られ、トランジスタQ6をオン状態とする。これに応じて、トランジスタQ5もオン状態となる。
トランジスタQ5がオン状態となって以降は、制御電流Icは、二次側直流出力電圧Eoのラインから、トランジスタQ5のエミッターコレクタを経由する経路に切り換わって流れることになる。そして、以降においては、図2にて説明したようにして、二次側直流出力電圧Eo2のレベルに応じて、シャントレギュレータQ11及びトランジスタQ12から成る誤差増幅器の動作によって制御電流Ic1のレベルがコントロールされることとなって、二次側直流出力電圧Eo1は安定化されることになる。
In such a configuration of the control circuit 4-1, for example, when the commercial AC power supply AC is turned on and the secondary side DC output voltage Eo rises to a specified level, first, from the line of the secondary side DC output voltage Eo. A control current Ic1 is supplied to the control winding Nc via the capacitor C2.
At this time, the secondary side DC output voltage Eo1 also rises in response to the turning on of the commercial AC power supply AC. However, when the secondary side DC output voltage Eo1 rises to a level equal to or higher than a predetermined level (for example, 2V), the transistor Q6 is A base-emitter voltage sufficient for conduction is obtained, and the transistor Q6 is turned on. In response, transistor Q5 is also turned on.
After the transistor Q5 is turned on, the control current Ic flows from the line of the secondary side DC output voltage Eo to the path passing through the emitter collector of the transistor Q5. Thereafter, as described with reference to FIG. 2, the level of the control current Ic1 is controlled by the operation of the error amplifier including the shunt regulator Q11 and the transistor Q12 according to the level of the secondary side DC output voltage Eo2. As a result, the secondary side DC output voltage Eo1 is stabilized.

ここで、二次側直流出力電圧Eo1について負荷短絡が生じたとする。この場合、二次側直流出力電圧Eo1は、0レベルに低下するのであるが、これに応じて、トランジスタQ6は、これまでのオン状態からオフ状態となるように制御され、これに伴ってトランジスタQ5もオフ状態に遷移する。
このようにして、トランジスタQ5がオフ状態に遷移すると、二次側直流出力電圧Eoのラインから制御電流Icを供給する経路が遮断されることになるので、制御電流Icは0レベルとなるが、これにより、被制御巻線NR1,NR2のインダクタンスは増加することになる。
Here, it is assumed that a load short circuit has occurred in the secondary side DC output voltage Eo1. In this case, the secondary side DC output voltage Eo1 drops to the 0 level, but in response to this, the transistor Q6 is controlled to be turned off from the previous on state, and accordingly the transistor Q5 also transitions to the off state.
Thus, when the transistor Q5 transitions to the OFF state, the path for supplying the control current Ic from the line of the secondary side DC output voltage Eo is cut off, so that the control current Ic becomes 0 level. As a result, the inductances of the controlled windings NR1 and NR2 increase.

このときの、二次側直流出力電圧Eo2については、負荷短絡が生じたことで0レベルが継続する。
そして、平滑コンデンサCo1に流れようとする整流電流は、本来であれば、負荷短絡したことによって、非常に高レベルとなるのであるが、上記したように、制御電流Icが0レベルとされて被制御巻線NR1,NR2のインダクタンスが増加していることで、スイッチング周期に応じて高周波的に流れる整流電流のレベルは、定常時よりも低いレベルで抑制されることになる。
つまり、図8に示す制御回路4−1は、二次側直流出力電圧Eo1の負荷短絡に対応した保護回路としての機能を有している。そして、このような負荷短絡保護機能を与えるのにあたっては、トランジスタQ5,Q6及び電解コンデンサC2を主として、他には数点の抵抗素子などから成る、簡単で低コストな回路によって実現することができている。
例えば、降圧形コンバータや磁区増幅回路などにより定電圧制御を行う構成においては、負荷短絡のための保護機能を与えようとすれば、より複雑な負荷短絡保護回路を形成して接続する必要があり、本実施の形態よりも回路規模が大型化し、また、コストアップを招くことにもなる。
At this time, with respect to the secondary side DC output voltage Eo2, the zero level continues due to the occurrence of a load short circuit.
The rectified current that is about to flow to the smoothing capacitor Co1 is normally at a very high level due to a load short-circuit, but as described above, the control current Ic is set to the 0 level and is covered. Since the inductances of the control windings NR1 and NR2 are increased, the level of the rectified current flowing at a high frequency according to the switching period is suppressed to a level lower than that in the steady state.
That is, the control circuit 4-1 shown in FIG. 8 has a function as a protection circuit corresponding to a load short circuit of the secondary side DC output voltage Eo1. The load short-circuit protection function can be realized by a simple and low-cost circuit mainly including the transistors Q5 and Q6 and the electrolytic capacitor C2 and several other resistance elements. ing.
For example, in a configuration in which constant voltage control is performed by a step-down converter or a magnetic domain amplifier circuit, it is necessary to form and connect a more complicated load short circuit protection circuit if a protection function for load short circuit is to be provided. As a result, the circuit scale becomes larger than that of the present embodiment, and the cost increases.

また、ここでは図示していないが、二次側に直交型制御トランスPRTを備える定電圧制御回路系においては、1つの抵抗素子の各端部を、被制御巻線NR1と整流ダイオードDo3の接続点と、被制御巻線NR2と整流ダイオードDo4の接続点とに対して接続するようにして設けることもできる。このようにして抵抗素子を接続することによっては、整流ダイオードがターンオフするタイミングで発生する、寄生振動としてのノイズが除去されることになる。これより、整流ダイオードの耐圧を低減させることができ、それだけ、整流ダイオードについて低コストとすることができる。また、低耐圧品のほうが良好な特性が得られるので、回路の信頼性を高めることにもなる。
なお、これらの点については、制御回路4−2について、図8のようにして構成した場合における、二次側直流出力電圧Eo2についての定電圧制御回路系についても同様のことがいえる。
Although not shown here, in a constant voltage control circuit system having an orthogonal control transformer PRT on the secondary side, each end of one resistance element is connected to the controlled winding NR1 and the rectifier diode Do3. It is also possible to provide the point and a connection point between the controlled winding NR2 and the rectifier diode Do4. By connecting the resistance elements in this way, noise as parasitic vibration that occurs at the timing when the rectifier diode turns off is removed. Thus, the withstand voltage of the rectifier diode can be reduced, and the cost of the rectifier diode can be reduced accordingly. In addition, since the low-voltage product can obtain better characteristics, the reliability of the circuit is also improved.
The same applies to the constant voltage control circuit system for the secondary side DC output voltage Eo2 when the control circuit 4-2 is configured as shown in FIG.

ここで、本実施の形態との比較として、二次側において降圧形コンバータによる定電圧制御系を備える電源回路の構成例を図10に示す。また、二次側において磁気増幅器による定電圧制御系を備える電源回路の構成例を図11に示す。
なお、これら図10及び図11に示す電源回路としては、二次側における降圧形コンバータ、若しくは磁気増幅器による定電圧制御系を示すことを主眼としていることから、特にワイドレンジ対応の構成は採ってはいない。また、これら図10及び図11において、図1、図2及び図9と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
Here, as a comparison with the present embodiment, FIG. 10 shows a configuration example of a power supply circuit including a constant voltage control system using a step-down converter on the secondary side. Further, FIG. 11 shows a configuration example of a power supply circuit including a constant voltage control system using a magnetic amplifier on the secondary side.
Note that the power supply circuit shown in FIGS. 10 and 11 is mainly intended to show a constant voltage control system using a step-down converter on the secondary side or a magnetic amplifier, and therefore a configuration corresponding to a wide range is taken. No. 10 and FIG. 11, the same parts as those in FIG. 1, FIG. 2 and FIG.

先ず、図10に示す電源回路の一次側においては、商用交流電源ACを全波整流回路により整流平滑化して、平滑コンデンサCiの両端に交流入力電圧VACの等倍レベルに対応する整流平滑電圧Eiを生成するようにされている。そして、この整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を入力してスイッチングするスイッチングコンバータとしては、MOS−FETによるスイッチング素子Q1,Q2をハーフブリッジ結合するとともに、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1と直列共振コンデンサC1のキャパシタンスとによって電流共振形コンバータを構成している。そのうえで、スイッチング素子Q2側に対して部分電圧共振コンデンサCpが接続されていることで、スイッチング素子のターンオフ時における部分電圧共振動作が得られるようにもされている。つまり、電流共振形としての動作と部分電圧共振動作とが得られる複合共振形コンバータとされているものである。
また、スイッチング素子Q1,Q2の駆動は、発振・ドライブ回路2が他励式により行うようにされている。
First, on the primary side of the power supply circuit shown in FIG. 10, the commercial AC power supply AC is rectified and smoothed by a full-wave rectifier circuit, and the rectified and smoothed voltage Ei corresponding to the same level of the AC input voltage VAC at both ends of the smoothing capacitor Ci. Has been generated. As a switching converter for inputting and switching the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage), the MOS-FET switching elements Q1 and Q2 are half-bridge coupled and the leakage of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT. A current resonance type converter is constituted by the inductance L1 and the capacitance of the series resonance capacitor C1. In addition, a partial voltage resonance capacitor Cp is connected to the switching element Q2 side, so that a partial voltage resonance operation can be obtained when the switching element is turned off. That is, it is a composite resonance type converter capable of obtaining a current resonance type operation and a partial voltage resonance operation.
The switching elements Q1, Q2 are driven by the oscillation / drive circuit 2 by a separate excitation method.

この場合の絶縁コンバータトランスPITの二次側では、複数の二次側直流出力電圧として、3つの二次側直流出力電圧Eo,Eo1,Eo2を生成して出力するようにされている。
絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2には、二次側アースと接続されたセンタータップが施されており、二次側直流出力電圧Eoは、この二次巻線N2の両端に接続した整流ダイオードDo1,Do2、及び平滑コンデンサCoから成る両波整流回路によって生成される。
In this case, the secondary side of the insulating converter transformer PIT generates and outputs three secondary side DC output voltages Eo, Eo1, and Eo2 as a plurality of secondary side DC output voltages.
A center tap connected to the secondary side ground is applied to the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT, and the secondary side DC output voltage Eo is rectified connected to both ends of the secondary winding N2. It is generated by a double-wave rectifier circuit composed of diodes Do1 and Do2 and a smoothing capacitor Co.

この場合の制御回路1は、上記二次側直流出力電圧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て、発振・ドライブ回路2に対して出力する。発振・ドライブ回路2は、入力された制御出力レベルに応じて、スイッチング周波数が可変制御されるようにしてスイッチング素子Q1,Q2を駆動する。これにより、二次側直流出力電圧Eoの定電圧化が行われることになる。   In this case, the control circuit 1 obtains, as a control output, a current or voltage whose level is variable according to the level of the secondary side DC output voltage Eo, and outputs it to the oscillation / drive circuit 2. The oscillation / drive circuit 2 drives the switching elements Q1, Q2 such that the switching frequency is variably controlled according to the input control output level. As a result, the secondary side DC output voltage Eo is made constant.

また、この場合には、二次側直流出力電圧Eoに対して、図示するようにして、MOS−FETのスイッチング素子Q41、整流ダイオードDo3、チョークコイルL11、及び平滑コンデンサCo1から成る降圧形コンバータが接続されている。
この降圧形コンバータは、二次側直流出力電圧Eoを入力してスイッチング素子Q41によりスイッチングを行って得られる交番電圧を、整流ダイオードDo3及びチョークコイルL11により半波整流して、平滑コンデンサCo1に充電することで、二次側直流出力電圧Eoから降圧された二次側直流出力電圧Eo1を生成する。
In this case, a step-down converter comprising a MOS-FET switching element Q41, a rectifier diode Do3, a choke coil L11, and a smoothing capacitor Co1 as shown in the figure with respect to the secondary side DC output voltage Eo. It is connected.
In this step-down converter, the secondary DC output voltage Eo is inputted and the alternating voltage obtained by switching by the switching element Q41 is half-wave rectified by the rectifier diode Do3 and the choke coil L11 to charge the smoothing capacitor Co1. By doing so, the secondary side DC output voltage Eo1 stepped down from the secondary side DC output voltage Eo is generated.

この二次側直流出力電圧Eo1に対する定電圧制御は、制御回路6−1によって行われる。
制御回路6−1には二次側直流出力電圧Eo1が入力されており、この入力された二次側直流出力電圧Eo1のレベルに応じて、スイッチング素子Q41のゲートに出力するドライブ信号について、例えばスイッチング周波数は一定としたうえで、1周期内のパルス幅を可変する。つまり、PWM制御を行う。これにより、1スイッチング周期内におけるスイッチング素子Q41の導通角が可変される結果、二次側直流出力電圧Eo1のレベルも変化することになる。このようにして、二次側直流出力電圧Eo1のレベルを可変制御することによって、二次側直流出力電圧Eo2に対する安定化が図られることになる。
The constant voltage control for the secondary side DC output voltage Eo1 is performed by the control circuit 6-1.
The secondary DC output voltage Eo1 is input to the control circuit 6-1, and a drive signal output to the gate of the switching element Q41 in accordance with the level of the input secondary DC output voltage Eo1, for example, While keeping the switching frequency constant, the pulse width within one period is varied. That is, PWM control is performed. As a result, the conduction angle of the switching element Q41 within one switching cycle is varied, and as a result, the level of the secondary side DC output voltage Eo1 also changes. In this way, the secondary side DC output voltage Eo2 is stabilized by variably controlling the level of the secondary side DC output voltage Eo1.

また、二次側直流出力電圧Eo2を生成し、また、定電圧制御する定電圧制御回路系としても、上記二次側直流出力電圧Eo1に対応する定電圧制御回路系を形成しているMOS−FETのスイッチング素子Q41、整流ダイオードDo3、チョークコイルL11、平滑コンデンサCo1、及び制御回路6−1と同様の接続態様により、MOS−FETのスイッチング素子Q42、整流ダイオードDo5、チョークコイルL12、平滑コンデンサCo2、及び制御回路6−2により降圧形コンバータを形成するようにされている。これにより、二次側直流出力電圧Eo2についても、降圧形コンバータのPWM制御動作によって安定化されることになる。   In addition, as a constant voltage control circuit system that generates the secondary side DC output voltage Eo2 and performs constant voltage control, the MOS− that forms the constant voltage control circuit system corresponding to the secondary side DC output voltage Eo1 is used. The switching elements Q42, rectifier diodes Do5, choke coils L12, smoothing capacitors Co2 of MOS-FETs are connected in the same manner as the FET switching elements Q41, rectifier diodes Do3, choke coils L11, smoothing capacitors Co1, and control circuit 6-1. The step-down converter is formed by the control circuit 6-2. As a result, the secondary side DC output voltage Eo2 is also stabilized by the PWM control operation of the step-down converter.

続いて、図11を参照して、二次側に磁気増幅器を備えて二次側直流出力電圧を安定化する構成について説明する。なお、この図において、一次側の構成は、図10と同様となっている。また、二次側直流出力電圧として、3つの二次側直流出力電圧Eo,Eo1,Eo2を生成することと、二次側直流出力電圧Eoについては、制御回路1と発振・ドライブ回路2を備える定電圧制御系によりスイッチング周波数制御により安定化することについても、図10と同様である。そして、図11に示す電源回路では、二次側直流出力電圧Eo1,Eo2について、それぞれ、磁気増幅回路により安定化するようにされている。以下、この点について説明を行う。   Next, a configuration that stabilizes the secondary side DC output voltage by providing a magnetic amplifier on the secondary side will be described with reference to FIG. In this figure, the configuration on the primary side is the same as in FIG. Further, as the secondary side DC output voltage, three secondary side DC output voltages Eo, Eo1, Eo2 are generated, and the secondary side DC output voltage Eo includes a control circuit 1 and an oscillation / drive circuit 2. The stabilization by the switching frequency control by the constant voltage control system is the same as in FIG. In the power supply circuit shown in FIG. 11, the secondary side DC output voltages Eo1 and Eo2 are each stabilized by a magnetic amplifier circuit. Hereinafter, this point will be described.

先ず、安定化された二次側直流出力電圧Eo1を生成するための回路系は、次のようにして構成されている。
絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2に対しては、二次側アースに接地されるセンタータップを設けると共に、このセンタータップtpcを起点として所定巻数分の巻き線位置となる両サイドに、それぞれタップtp1,tp2を設けるようにしている。そして、このタップtp1,tp2のそれぞれに対して、図示するようにして整流ダイオードDo3,Do4のアノードを接続するとともに、整流ダイオードDo3,Do4のカソード側を平滑コンデンサCo1の正極端子に接続することで両波整流回路を形成している。そして、平滑コンデンサCo1の両端電圧として、二次側直流出力電圧Eo1が生成される。
First, the circuit system for generating the stabilized secondary side DC output voltage Eo1 is configured as follows.
The secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT is provided with a center tap that is grounded to the secondary side ground, and on both sides of the winding position corresponding to a predetermined number of turns starting from the center tap tpc. Taps tp1 and tp2 are provided. Then, the anodes of the rectifier diodes Do3 and Do4 are connected to the taps tp1 and tp2, respectively, as shown in the figure, and the cathode sides of the rectifier diodes Do3 and Do4 are connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co1. A double-wave rectifier circuit is formed. Then, the secondary side DC output voltage Eo1 is generated as the voltage across the smoothing capacitor Co1.

そのうえで、この両波整流回路においては、磁気増幅器を含む定電圧回路(磁気増幅器定電圧回路)が備えられる。
この磁気増幅器定電圧回路は、先ず、二次巻線N2のタップtp1と整流ダイオードDo3のアノードとの間に可飽和インダクタ(チョークコイル)SR1を挿入し、タップtp2と整流ダイオードDo4のアノードとの間に可飽和インダクタSR2を挿入する。また、リセット電圧可変用のダイオードDV1のカソードを整流ダイオードDo3のアノードに接続し、リセット電圧可変用のダイオードDV2のカソードを整流ダイオードDo4のアノードに接続する。ダイオードDV1,DV2の各アノードは、トランジスタQ31のコレクタと接続される。トランジスタQ31のエミッタは、抵抗R51を介して二次側直流出力電圧Eo1の正極ラインと接続される。
In addition, the double-wave rectifier circuit includes a constant voltage circuit (magnetic amplifier constant voltage circuit) including a magnetic amplifier.
In this magnetic amplifier constant voltage circuit, first, a saturable inductor (choke coil) SR1 is inserted between the tap tp1 of the secondary winding N2 and the anode of the rectifier diode Do3, and the tap tp2 and the anode of the rectifier diode Do4 are connected. A saturable inductor SR2 is inserted between them. Further, the cathode of the reset voltage varying diode DV1 is connected to the anode of the rectifier diode Do3, and the cathode of the reset voltage varying diode DV2 is connected to the anode of the rectifier diode Do4. The anodes of diodes DV1 and DV2 are connected to the collector of transistor Q31. The emitter of the transistor Q31 is connected to the positive line of the secondary side DC output voltage Eo1 through the resistor R51.

この場合の制御回路7−1は、二次側直流出力電圧Eo1の安定化のために、可飽和インダクタSR1,SR2の磁束を制御する。制御回路7−1は、シャントレギュレータ等を備えた誤差増幅器として形成され、入力された二次側直流出力電圧Eo1のレベルに応じて、トランジスタQ31のベース電流レベルを可変制御する。これに応じて、トランジスタQ31のコレクタ電流レベルが可変されることになる。トランジスタQ31のコレクタは、リセット電圧可変用のダイオードDV1,DV2のアノードの接続点に接続されているから、コレクタ電流レベルが可変されることによっては、可飽和インダクタSR1,SR2における磁束のリセット電圧を可変するためのコントロール電圧が可変されることとなる。   In this case, the control circuit 7-1 controls the magnetic flux of the saturable inductors SR1 and SR2 in order to stabilize the secondary side DC output voltage Eo1. The control circuit 7-1 is formed as an error amplifier having a shunt regulator or the like, and variably controls the base current level of the transistor Q31 according to the level of the input secondary side DC output voltage Eo1. Accordingly, the collector current level of transistor Q31 is varied. Since the collector of the transistor Q31 is connected to the connection point of the anodes of the reset voltage variable diodes DV1 and DV2, the magnetic flux reset voltage in the saturable inductors SR1 and SR2 can be changed by changing the collector current level. The control voltage for changing is changed.

ここで、上記した可飽和インダクタSR(SR1,SR2)は、例えば図12に示すようにして、円形のトロイダルコアCRに対して、単線の巻線Lnを所要の巻数により巻装して構成される。   Here, the above-described saturable inductor SR (SR1, SR2) is configured by winding a single wire Ln with a required number of turns around a circular toroidal core CR as shown in FIG. 12, for example. The

また、図13は、上記のようにして構成される可飽和インダクタSRのコアの材質として、コバルト系アモルファスが選定されている場合のB−H曲線図を示している。この可飽和インダクタSRのB−H特性は、この図からもわかるように、ヒステリシス特性として、角形比がおおきいものとなっている。   FIG. 13 shows a BH curve diagram when cobalt-based amorphous is selected as the core material of the saturable inductor SR configured as described above. As can be seen from this figure, the BH characteristic of the saturable inductor SR has a large squareness ratio as a hysteresis characteristic.

そして、このような可飽和インダクタSRを備えた磁気増幅器の動作としては、図14に示すものとなる。図14において、電圧V3は、二次巻線N2のタップtp1(可飽和インダクタSR1と二次巻線N2の接続点)と、二次巻線N2のセンタータップとの間の電位を示す。また、電圧VL1は、可飽和インダクタSR1の両端電圧を示す。電流ID1は、整流ダイオードDo3に流入する整流電流を示す。   The operation of the magnetic amplifier provided with such a saturable inductor SR is as shown in FIG. In FIG. 14, a voltage V3 indicates a potential between the tap tp1 of the secondary winding N2 (a connection point between the saturable inductor SR1 and the secondary winding N2) and the center tap of the secondary winding N2. The voltage VL1 indicates the voltage across the saturable inductor SR1. A current ID1 indicates a rectified current flowing into the rectifier diode Do3.

期間t0〜t1に対応しては電圧V3は正極性の状態となっているが、このとき、可飽和インダクタSR1は、不飽和状態(B0>B>B1)である。このときには、電圧V3,VL1との関係は、V3≒VL1となるので、整流ダイオードDo3には、整流電流ID1は流れていない。
次の期間t1〜t2においては、可飽和インダクタSR1は、飽和状態(B=B1)となるので、電圧VL1は、ほぼ0レベルとなる。これにより、電圧V3,VL1との関係は、V3>VL1となるので、整流ダイオードDo3に整流電流ID1が流れはじめることになる。
Corresponding to the period t0 to t1, the voltage V3 is in a positive polarity state. At this time, the saturable inductor SR1 is in an unsaturated state (B0>B> B1). At this time, since the relationship between the voltages V3 and VL1 is V3≈VL1, the rectified current ID1 does not flow through the rectifier diode Do3.
In the next period t1 to t2, the saturable inductor SR1 is in a saturated state (B = B1), so that the voltage VL1 becomes almost 0 level. As a result, the relationship between the voltages V3 and VL1 is V3> VL1, and the rectified current ID1 begins to flow through the rectifier diode Do3.

そして、次の期間t2〜t3では、図15において等化的に示す出力電圧調整回路11が動作する。この出力電圧調整回路11は、図11では、二次側直流出力電圧Eo1が入力される制御回路7−1となる。この図15からも分かるように、制御回路7−1としては、誤差増幅器としての構成を採っていること分かる。つまり、分圧抵抗Ro1,Ro2により分圧した二次側直流出力電圧Eo1のレベルを、基準電圧Vrefと比較し、その誤差を、オペアンプOP及び帰還回路(Ca,Ra)から成る増幅回路により増幅して、抵抗Rbを介して出力しているものである。
そして、上記のようにして得られる出力電圧調整回路11からの出力に応じて、リセット回路10が、可飽和インダクタSR1に対してリセット電流を流すことになる。このリセット回路10は、図11における抵抗R51、トランジスタQ31、ダイオードDV1,DV2、及び可飽和インダクタSR1,SR2から成るリセット回路としての機能を等化的に示している。
このときにおけるリセット回路10におけるリセット電流の供給動作は、出力電圧調整回路11からの出力レベルに応じたレベルの電流を、抵抗Rc→トランジスタQ31→ダイオードDV1を介して、可飽和インダクタSR1に流すことで得られる。このリセット電流によって、可飽和インダクタSR1では、磁束密度をB0に戻すようにしてリセットが行われる。
In the next period t2 to t3, the output voltage adjustment circuit 11 shown equivalently in FIG. 15 operates. In FIG. 11, the output voltage adjustment circuit 11 is a control circuit 7-1 to which the secondary side DC output voltage Eo1 is input. As can be seen from FIG. 15, the control circuit 7-1 has a configuration as an error amplifier. That is, the level of the secondary side DC output voltage Eo1 divided by the voltage dividing resistors Ro1 and Ro2 is compared with the reference voltage Vref, and the error is amplified by the amplifier circuit composed of the operational amplifier OP and the feedback circuit (Ca, Ra). Thus, the signal is output via the resistor Rb.
Then, in response to the output from the output voltage adjustment circuit 11 obtained as described above, the reset circuit 10 passes a reset current to the saturable inductor SR1. The reset circuit 10 equally shows a function as a reset circuit including the resistor R51, the transistor Q31, the diodes DV1 and DV2, and the saturable inductors SR1 and SR2 in FIG.
At this time, the reset circuit 10 supplies the reset current by causing a current having a level corresponding to the output level from the output voltage adjustment circuit 11 to flow through the saturable inductor SR1 via the resistor Rc → the transistor Q31 → the diode DV1. It is obtained by. With this reset current, the saturable inductor SR1 is reset so as to return the magnetic flux density to B0.

上記期間t2〜t3におけるリセット量(リセット電流レベル)によって、可飽和インダクタSR1が不飽和状態となる期間t0〜t1の時間長が決定される。
そこで、軽負荷の傾向となるのに応じて二次側直流出力電圧Eo1のレベルが上昇するのに対応して、リセット量を増加させるようにする。これにより、図17に示すようにして、残留磁束密度B0は、B0Aとなるから、不飽和状態の期間である期間t0〜t1も、図14に示すようにして、期間t0A〜t1Aとなるように長くすることができる。このようにして、不飽和状態の期間が長くなれば、整流電流ID1が流れないとされる期間も長くなるから、単位時間あたりの負荷への電力供給時間も短縮されて、二次側直流出力電圧Eo1のレベルもその分低下することになる。
そして、このような動作は、図14に示す波形が180°の位相差を有するタイミングで以て、可飽和インダクタSR2側においても行われることになる。
このようにして、図11に示す回路では、両波整流によって得られる二次側直流出力電圧Eo1の安定化を図るようにされる。
The time length of the period t0 to t1 in which the saturable inductor SR1 is in the unsaturated state is determined by the reset amount (reset current level) in the period t2 to t3.
Therefore, the reset amount is increased in response to an increase in the level of the secondary side DC output voltage Eo1 in response to a light load tendency. As a result, the residual magnetic flux density B0 becomes B0A as shown in FIG. 17, so that the periods t0 to t1, which are unsaturated periods, also become the periods t0A to t1A as shown in FIG. Can be long. In this way, if the period of the unsaturated state becomes longer, the period during which the rectified current ID1 does not flow also becomes longer, so the power supply time to the load per unit time is also shortened, and the secondary side DC output The level of the voltage Eo1 also decreases accordingly.
Such an operation is also performed on the saturable inductor SR2 side at a timing when the waveform shown in FIG. 14 has a phase difference of 180 °.
In this way, in the circuit shown in FIG. 11, the secondary side DC output voltage Eo1 obtained by the two-wave rectification is stabilized.

また、図15に示す二次側直流出力電圧Eo2についても、上記二次側直流出力電圧Eo1と同様にして、磁気増幅器定電圧回路によって、定電圧制御を行う構成が採られている。
但し、二次側直流出力電圧Eo2を生成するための基本構成としては、二次巻線N2に対して、センタータップから所定巻数分となる巻き線位置に対してさらにタップtp3を設け、このタップtp3に対して、整流ダイオードDo5及び平滑コンデンサCo2から成る半波整流回路を形成することとしている。
そのうえで、この半波整流回路に対して、可飽和インダクタ(チョークコイル)SR3、リセット電圧可変用のダイオードDV3、リセット電流出力用のトランジスタQ32、抵抗R52、制御回路7−2を図示するようにして接続して、磁気増幅器定電圧回路を形成するものである。
Further, the secondary side DC output voltage Eo2 shown in FIG. 15 is also configured to perform constant voltage control by a magnetic amplifier constant voltage circuit in the same manner as the secondary side DC output voltage Eo1.
However, as a basic configuration for generating the secondary side DC output voltage Eo2, a tap tp3 is further provided for the secondary winding N2 at a winding position corresponding to a predetermined number of turns from the center tap. A half-wave rectifier circuit including a rectifier diode Do5 and a smoothing capacitor Co2 is formed for tp3.
Then, for this half-wave rectifier circuit, a saturable inductor (choke coil) SR3, a reset voltage variable diode DV3, a reset current output transistor Q32, a resistor R52, and a control circuit 7-2 are illustrated as shown. They are connected to form a magnetic amplifier constant voltage circuit.

なお、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ない。
例えば図2に示す実施の形態としての電源回路の基本構成としては、二次側直流出力電圧を複数出力する構成ではなく、1つの二次側直流出力電圧(Eo)を出力する構成となるものである。つまり、本発明としては、二次側直流出力電圧の安定化として、スイッチング周波数制御と、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制御とを組み合わせていることに特徴を有する。
The present invention is not limited to the configuration as the above-described embodiment.
For example, the basic configuration of the power supply circuit as the embodiment shown in FIG. 2 is not a configuration that outputs a plurality of secondary side DC output voltages, but a configuration that outputs one secondary side DC output voltage (Eo). It is. That is, the present invention is characterized in that the switching frequency control and the leakage inductance control of the insulating converter transformer PIT are combined to stabilize the secondary side DC output voltage.

また、図2に示した実施の形態としての構成では、スイッチング周波数制御と、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制御とを組み合わせる定電圧制御の構成として、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の変化に起因する二次側直流出力電圧の変動については、スイッチング周波数制御により安定化することとし、負荷変動に応じた変動については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制御により安定化することとしている。
しかしながら、本発明としては、この関係を入れ替えて、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の変化に起因する二次側直流出力電圧の変動に対して、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制御により安定化し、一方の負荷変動に起因する変動に対してはスイッチング周波数制御により安定化する構成とすることも可能である。
このためには、二次側直流出力電圧Eoのレベルに応じた制御出力を、制御回路から発振・ドライブ回路2に入力させることとし、発振・ドライブ回路2が二次側直流出力電圧Eoのレベル変化に応じてスイッチング周波数を制御するように構成する。これと共に、この場合にはもう1つの制御回路(誤差増幅器)を設けることとして、この制御回路により、交流入力電圧VACのレベルに応じてレベルが可変の制御電流(直流電流)を、直交型の可飽和インダクタとして構成される絶縁コンバータトランスPITの制御巻線に流すように構成する。
Further, in the configuration as the embodiment shown in FIG. 2, the change in the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) is used as a constant voltage control configuration that combines the switching frequency control and the leakage inductance control of the insulating converter transformer PIT. The fluctuation of the secondary DC output voltage caused by the above is stabilized by switching frequency control, and the fluctuation according to the load fluctuation is stabilized by leakage inductance control of the insulating converter transformer PIT.
However, according to the present invention, this relationship is exchanged to stabilize the secondary side DC output voltage due to the change of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) by the leakage inductance control of the insulating converter transformer PIT. It is also possible to adopt a configuration in which fluctuation caused by one load fluctuation is stabilized by switching frequency control.
For this purpose, a control output corresponding to the level of the secondary side DC output voltage Eo is input from the control circuit to the oscillation / drive circuit 2, and the oscillation / drive circuit 2 is set to the level of the secondary side DC output voltage Eo. The switching frequency is controlled according to the change. In addition, in this case, another control circuit (error amplifier) is provided, and this control circuit allows a control current (DC current) whose level is variable according to the level of the AC input voltage VAC to be orthogonal. It is configured to flow through a control winding of an insulating converter transformer PIT configured as a saturable inductor.

また、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が可能である。
In addition, for example, as a switching element, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like that can be used by another excitation type, the constants of each component element described above are also changed according to actual conditions. It does not matter. 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 also be applied to a self-excited resonant 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. 本実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスPITの構造例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the insulation converter transformer PIT with which the power supply circuit of this Embodiment is equipped. 本実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスPIT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 insulation converter transformer PIT with which the power supply circuit of this Embodiment is equipped. 本実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスPIT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 insulation converter transformer PIT with which the power supply circuit of this Embodiment is equipped. 本実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスPIT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 insulation converter transformer PIT with which the power supply circuit of this Embodiment is equipped. 交流入力電圧VAC及び負荷変動に対する制御電流Ic、及びスイッチング周波数fsの変化特性を示す図である。It is a figure which shows the change characteristic of the control current Ic with respect to alternating current input voltage VAC and load fluctuation | variation, and the switching frequency fs. 実施の形態での二次側の制御回路の他の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other structural example of the control circuit of the secondary side in 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. 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. 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. 可飽和インダクタの構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a saturable inductor. 可飽和インダクタのB−H特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the BH characteristic of a saturable inductor. 可飽和インダクタを備える磁気増幅器による定電圧制御動作を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating the constant voltage control operation | movement by a magnetic amplifier provided with a saturable inductor. 図11に示す磁気増幅器定電圧回路を等化的に示す回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram equivalently showing the magnetic amplifier constant voltage circuit shown in FIG. 11.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、4−1,4−2 制御回路、PRT−1,PRT−2 直交型制御トランス、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,Do3,Do4,Do5 (二次側)整流ダイオード、Co,Co1,Co2 (二次側)平滑コンデンサ、Q11,Q21 シャントレギュレータ、Q12,Q14,Q22 トランジスタ   1 control circuit, 2 oscillation / drive circuit, 4-1 and 4-2 control circuit, PRT-1, PRT-2 orthogonal control transformer, Di bridge rectifier circuit, Ci smoothing capacitor, Q1, Q2 switching element, Cp partial resonance Capacitor, PIT isolated converter transformer, N1 primary winding, C1 primary side series resonant capacitor, N2 secondary winding, Do1, Do2, Do3, Do4, Do5 (secondary side) rectifier diode, Co, Co1, Co2 (secondary) Side) Smoothing capacitor, Q11, Q21 shunt regulator, Q12, Q14, Q22 transistor

Claims (2)

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ものとされ、2つのスイッチング素子をハーフブリッジ結合し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巻線と、該一次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、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、自身の漏洩インダクタンスが可変されるように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、
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、1以上の所要数の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、
上記商用交流電源のレベルに応じて、上記スイッチング手段のスイッチング周波数が可変されるように上記スイッチング駆動手段を制御する、又は、上記制御巻線に流すべき制御電流レベルを可変制御することで、上記二次側直流出力電圧を定電圧化する動作が得られるように構成される第1の定電圧制御手段と、
1つの特定の上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて、上記制御巻線に流すべき制御電流レベルを可変制御する、又は、上記スイッチング手段のスイッチング周波数が可変されるように上記スイッチング駆動手段を制御することで、上記特定の二次側直流出力電圧を定電圧化する動作が得られるように構成される第2の定電圧制御手段と、
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;
A switching means that performs the switching operation by inputting the rectified and smoothed voltage as a direct-current input voltage, and a switching means that is formed by half-bridge coupling two switching elements;
Switching driving means for switching and driving the switching element;
At least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied, a secondary winding in which an alternating voltage as a switching output obtained in the primary winding is excited, and a control winding; And an insulating converter transformer formed such that its leakage inductance is varied according to the level of the control current flowing through the control winding,
A primary side resonance capacitor provided so as to form a primary side resonance circuit in which the operation of the switching means is a resonance type by at least the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and its own capacitance; ,
DC output voltage generating means configured to generate a required number of secondary side DC output voltages of one or more by inputting an alternating voltage obtained in the secondary winding of the insulating converter transformer and performing a rectifying operation. When,
By controlling the switching drive means so that the switching frequency of the switching means can be varied according to the level of the commercial AC power supply, or by variably controlling the control current level to be passed through the control winding, First constant voltage control means configured to obtain an operation of making the secondary side DC output voltage constant;
In accordance with the level of one specific secondary side DC output voltage, the control current level to be supplied to the control winding is variably controlled, or the switching drive means is changed so that the switching frequency of the switching means is variable. A second constant voltage control means configured to obtain an operation of making the specific secondary side DC output voltage constant by controlling
A switching power supply circuit comprising:
複数の二次側直流出力電圧が生成される場合において、上記第2の定電圧制御手段により定電圧制御される以外の二次側直流出力電圧ごとに対応して設けられるもので、制御巻線と被制御巻線が巻装された可飽和リアクトルとしての制御トランスの上記被制御巻線を、制御対象である二次側直流出力電圧を生成するための二次側整流電流経路に挿入し、制御対象である二次側直流出力電圧レベルに応じて、制御巻線に流すべき制御電流レベルを可変して上記被制御巻線のインダクタンスを可変することで、制御対象である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インダクタンス制御型定電圧制御手段、をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
When a plurality of secondary side DC output voltages are generated, each secondary side DC output voltage is provided corresponding to each secondary side DC output voltage other than the constant voltage controlled by the second constant voltage control means. And the controlled winding of the control transformer as a saturable reactor wound with the controlled winding is inserted into the secondary side rectified current path for generating the secondary side DC output voltage to be controlled, Depending on the secondary DC output voltage level to be controlled, the control current level to be passed through the control winding is varied to vary the inductance of the controlled winding, thereby controlling the secondary DC output to be controlled. An inductance control type constant voltage control means configured to perform constant voltage control on the voltage;
The switching power supply circuit according to claim 1.
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