JP2005304116A - Switching power supply - Google Patents

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JP2005304116A JP2004113068A JP2004113068A JP2005304116A JP 2005304116 A JP2005304116 A JP 2005304116A JP 2004113068 A JP2004113068 A JP 2004113068A JP 2004113068 A JP2004113068 A JP 2004113068A JP 2005304116 A JP2005304116 A JP 2005304116A
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Masayuki Yasumura
昌之 安村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply in which increase of ripple is suppressed even if an arrangement for improving power factor is included. <P>SOLUTION: In a complex resonance converter combining a half-bridge coupling current resonance converter and a partial resonance voltage circuit, a power factor improving circuit 10 of such an arrangement (power regeneration system) as a primary series resonance current obtained in a primary series resonance circuit is regenerated as power and fed back to a smoothing capacitor Ci improves power factor. Under such an arrangement, flux density of an insulating converter transformer PIT is set at a predetermined level or below so that the rectification operation current of a secondary both-wave rectification circuit has a continuous mode regardless of load variation thus suppressing increase in ripple of the secondary DC output voltage caused by power regeneration. Furthermore, lowering or variation of power factor is suppressed by providing a switching diode D2 in place of a high frequency inductor provided in the power factor improving circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、各種電子機器の電源として備えられるスイッチング電源回路に関する。   The present invention relates to a switching power supply circuit provided as a power supply for various electronic devices.

先に本出願人は、一次側に共振形コンバータを備えた電源回路を各種提案している。また、共振形コンバータに対して力率改善を図るための力率改善回路を備えて構成した電源回路も各種提案している。
図6,図7はそれぞれ、先に本出願人により出願された発明に基づいて構成されるスイッチング電源回路の一例を示す回路図である。
The present applicant has previously proposed various power supply circuits having a resonance type converter on the primary side. Various power supply circuits configured with a power factor correction circuit for improving the power factor of the resonant converter have also been proposed.
6 and 7 are circuit diagrams each showing an example of a switching power supply circuit configured based on the invention previously filed by the present applicant.

まず図6の電源回路は、自励式による電流共振形のスイッチングコンバータに対して力率改善回路20を備えた構成である。この電源回路におけるスイッチングコンバータは、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、半導体スイッチ(スイッチング素子)のターンオフ時にのみ電圧共振する部分電圧共振回路を組み合わせたスイッチングコンバータとされている。   First, the power supply circuit of FIG. 6 is configured to include a power factor correction circuit 20 for a self-excited current resonance type switching converter. The switching converter in this power supply circuit is a switching converter that combines a current resonance type converter using a half-bridge coupling method and a partial voltage resonance circuit that performs voltage resonance only when the semiconductor switch (switching element) is turned off.

この図6に示す電源回路においては、商用交流電源ACを全波整流するブリッジ整流回路Diが備えられている。この場合、ブリッジ整流回路Diにより整流された整流出力は、力率改善回路20を介して平滑コンデンサCiに充電され、平滑コンデンサCiの両端には、交流入力電圧VACの等倍のレベルに対応する整流平滑電圧Eiが得られることになる。
力率改善回路20については後述する。
The power supply circuit shown in FIG. 6 includes a bridge rectifier circuit Di that performs full-wave rectification on the commercial AC power supply AC. In this case, the rectified output rectified by the bridge rectifier circuit Di is charged to the smoothing capacitor Ci via the power factor correction circuit 20, and both ends of the smoothing capacitor Ci correspond to a level equal to the AC input voltage VAC. The rectified and smoothed voltage Ei is obtained.
The power factor correction circuit 20 will be described later.

また、この電源回路には、平滑コンデンサCiの両端電圧である整流平滑電圧Eiを動作電源とする自励式の電流共振形コンバータが備えられる。
この電流共振形コンバータにおいては、図のように2つのバイポーラトランジスタによるスイッチング素子Q1 ,Q2 をハーフブリッジ結合したうえで、平滑コンデンサCiの正極側と一次側アース間に対して挿入するようにして接続されている。
これらスイッチング素子Q1 、Q2 の各コレクタ−ベース間には、それぞれ起動抵抗RS1、RS2が挿入されている。また、スイッチング素子Q1 、Q2 の各ベースに対して接続される抵抗RB1、RB2は、スイッチング素子Q1 、Q2 のベース電流(ドライブ電流)を設定する。
また、スイッチング素子Q1 、Q2 の各ベース−エミッタ間にはそれぞれクランプダイオードDD1,DD2が挿入される。クランプダイオードDD1,DD2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2がオフとされる期間に、ベース−エミッタを介して流れるクランプ電流の電流経路を形成する。
そして、共振用コンデンサCB1,CB2は次に説明するドライブトランスPRTの駆動巻線NB1、NB2と共に、自励発振用の直列共振回路(自励発振駆動回路)を形成しており、スイッチング素子Q1 、Q2 のスイッチング周波数を決定する。
The power supply circuit includes a self-excited current resonance converter that uses a rectified and smoothed voltage Ei that is a voltage across the smoothing capacitor Ci as an operation power supply.
In this current resonance type converter, as shown in the figure, the switching elements Q1 and Q2 by two bipolar transistors are half-bridge coupled and then connected so as to be inserted between the positive side of the smoothing capacitor Ci and the primary side ground. Has been.
Starting resistors RS1 and RS2 are inserted between the collectors and bases of the switching elements Q1 and Q2, respectively. The resistors RB1 and RB2 connected to the bases of the switching elements Q1 and Q2 set the base current (drive current) of the switching elements Q1 and Q2.
Clamp diodes DD1 and DD2 are inserted between the bases and emitters of the switching elements Q1 and Q2, respectively. The clamp diodes DD1 and DD2 form a current path of a clamp current that flows through the base-emitter during the period when the switching elements Q1 and Q2 are turned off, respectively.
The resonance capacitors CB1 and CB2 together with drive windings NB1 and NB2 of the drive transformer PRT described below form a series resonance circuit (self-oscillation drive circuit) for self-oscillation, and switching elements Q1,. Determine the switching frequency of Q2.

この場合のドライブトランスPRT (Power Regulating Transformer)は、スイッチング素子Q1 、Q2 を駆動すると共に、スイッチング周波数を可変制御することにより定電圧制御を行うために設けられる。この図の場合のドライブトランスPRTは、駆動巻線NB1、NB2が巻回され、更にこれらの各巻線に対して制御巻線NC が直交する方向に巻回された直交型の可飽和リアクタとされている。
このドライブトランスPRTの駆動巻線NB1の一端は、抵抗RB1−共振用コンデンサCB1の直列接続を介してスイッチング素子Q1のベースに接続される。駆動巻線NB1の他端側は、共振電流検出巻線NDの端部との接続点となるタップ点とされているが、この駆動巻線NB1の他端(タップ点)はスイッチング素子Q1のエミッタに接続される。
また、駆動巻線NB2の一端はアースに接地されると共に、他端は抵抗RB2−共振用コンデンサCB2の直列接続を介してスイッチング素子Q2 のベースと接続されている。
駆動巻線NB1と駆動巻線NB2は互いに逆極性の電圧が発生するように巻装されている。
The drive transformer PRT (Power Regulating Transformer) in this case is provided to drive the switching elements Q1 and Q2 and to perform constant voltage control by variably controlling the switching frequency. The drive transformer PRT in this figure is an orthogonal type saturable reactor in which the drive windings NB1 and NB2 are wound and the control winding NC is wound in a direction perpendicular to the respective windings. ing.
One end of the drive winding NB1 of the drive transformer PRT is connected to the base of the switching element Q1 via a series connection of a resistor RB1 and a resonance capacitor CB1. The other end side of the drive winding NB1 is a tap point that is a connection point with the end of the resonance current detection winding ND. The other end (tap point) of the drive winding NB1 is the switching element Q1. Connected to the emitter.
One end of the drive winding NB2 is grounded to the ground, and the other end is connected to the base of the switching element Q2 via a series connection of a resistor RB2 and a resonance capacitor CB2.
The drive winding NB1 and the drive winding NB2 are wound so that voltages having opposite polarities are generated.

絶縁コンバータトランスPIT (Power Isolation Transformer)は、スイッチング素子Q1 、Q2 のスイッチング出力を二次側に伝送する。
この絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 の一端は、共振電流検出巻線NDを介してスイッチング素子Q1 のエミッタとスイッチング素子Q2 のコレクタの接点(スイッチング出力点)に接続されることで、スイッチング出力が得られるようにされる。
また、一次巻線N1の他端は、直列共振コンデンサC1を介するようにして、力率改善回路20内の高速リカバリ型ダイオードD1のカソードに対して接続されている。
An insulating converter transformer PIT (Power Isolation Transformer) transmits the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side.
One end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the contact (switching output point) of the emitter of the switching element Q1 and the collector of the switching element Q2 via the resonance current detection winding ND, so that the switching output Will be obtained.
The other end of the primary winding N1 is connected to the cathode of the fast recovery diode D1 in the power factor correction circuit 20 through the series resonance capacitor C1.

この場合、直列共振コンデンサC1及び一次巻線N1は直列に接続されているが、この直列共振コンデンサC1のキャパシタンス、及び一次巻線N1(直列共振巻線)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(リーケージインダクタンス)成分L1により、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電流共振回路を形成している。   In this case, the series resonant capacitor C1 and the primary winding N1 are connected in series, but the capacitance of the series resonant capacitor C1 and the leakage inductance of the insulating converter transformer PIT including the primary winding N1 (series resonant winding) ( A primary side current resonance circuit for making the operation of the switching converter into a current resonance type is formed by the leakage inductance component L1.

また、スイッチング素子Q2 のコレクタ−エミッタ間に対して並列に部分共振コンデンサCpが接続されている。
この部分共振コンデンサCpが接続されることにより、部分共振コンデンサCpのキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンス成分L1によってスイッチング素子Q1,Q2のターンオフ時にのみ電圧共振動作が得られることになる。つまり、部分電圧共振回路が形成される。
A partial resonance capacitor Cp is connected in parallel with the collector-emitter of the switching element Q2.
By connecting the partial resonance capacitor Cp, the voltage resonance operation can be obtained only when the switching elements Q1 and Q2 are turned off by the capacitance of the partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance component L1 of the primary winding N1. That is, a partial voltage resonance circuit is formed.

この図における絶縁コンバータトランスPITの二次側では、二次巻線N2に対してセンタータップを設けた上で、整流ダイオードDO1,DO2,DO3,DO4及び平滑コンデンサCO1,CO2を図のように接続することで、[整流ダイオードDO1,DO2,平滑コンデンサCO1]の組と、[整流ダイオードDO3,DO4,平滑コンデンサCO2]の組とによる、2組の両波整流回路が設けられる。[整流ダイオードDO1,DO2,平滑コンデンサCO1]から成る両波整流回路は直流出力電圧EO1を生成し、[整流ダイオードDO3,DO4,平滑コンデンサCO2]から成る両波整流回路は直流出力電圧EO2を生成する。
なお、この場合には、直流出力電圧EO1及び直流出力電圧EO2は制御回路1に対しても分岐して入力される。制御回路1においては、直流出力電圧EO1を検出電圧として利用し、直流出力電圧EO2を動作電源として利用する。
なお、整流ダイオードDO1,DO2、及び整流ダイオードDO3,DO4には、スイッチング周期に応じた高速のスイッチング動作(整流動作)を行うのに対応して、例えばショットキーダイオードが選定される。
On the secondary side of the insulating converter transformer PIT in this figure, a center tap is provided for the secondary winding N2, and rectifier diodes DO1, DO2, DO3, DO4 and smoothing capacitors CO1, CO2 are connected as shown in the figure. As a result, two sets of both-wave rectifier circuits are provided, which include a set of [rectifier diodes DO1, DO2, smoothing capacitor CO1] and a set of [rectifier diodes DO3, DO4, smoothing capacitor CO2]. A double-wave rectifier circuit composed of [rectifier diodes DO1, DO2, smoothing capacitor CO1] generates a DC output voltage EO1, and a double-wave rectifier circuit composed of [rectifier diodes DO3, DO4, smoothing capacitor CO2] generates a DC output voltage EO2. To do.
In this case, the DC output voltage EO1 and the DC output voltage EO2 are also branched and input to the control circuit 1. In the control circuit 1, the DC output voltage EO1 is used as a detection voltage, and the DC output voltage EO2 is used as an operating power source.
Note that, for example, Schottky diodes are selected for the rectifier diodes DO1 and DO2 and the rectifier diodes DO3 and DO4 in accordance with the high-speed switching operation (rectification operation) corresponding to the switching cycle.

制御回路1は、例えば二次側の直流出力電圧EO1のレベルに応じてそのレベルが可変される直流電流を、制御電流としてドライブトランスPRTの制御巻線NC に供給することにより定電圧制御を行う。   The control circuit 1 performs constant voltage control by supplying, as a control current, a direct current whose level is varied according to the level of the secondary side direct-current output voltage E01, for example, to the control winding NC of the drive transformer PRT. .

上記構成による電源回路のスイッチング動作としては、先ず商用交流電源が投入されると、例えば起動抵抗RS1,RS2を介してスイッチング素子Q1,Q2 のベースに起動電流が供給されることになるが、例えばスイッチング素子Q1 が先にオンとなったとすれば、スイッチング素子Q2 はオフとなるように制御される。そしてスイッチング素子Q1の出力として、共振電流検出巻線ND→一次巻線N1→直列共振コンデンサC1に共振電流が流れるが、この共振電流が0となる近傍でスイッチング素子Q2 がオン、スイッチング素子Q1がオフとなるように制御される。そして、スイッチング素子Q2を介して先とは逆方向の共振電流が流れる。以降、スイッチング素子Q1、Q2が交互にオンとなる自励式のスイッチング動作が開始される。
このように、平滑コンデンサCiの端子電圧を動作電源としてスイッチング素子Q1 、Q2 が交互に開閉を繰り返すことによって、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 に共振電流波形に近いドライブ電流を供給し、二次巻線N2に交番出力を得る。
As a switching operation of the power supply circuit having the above configuration, when commercial AC power is first turned on, for example, a starting current is supplied to the bases of the switching elements Q1 and Q2 via the starting resistors RS1 and RS2, for example. If the switching element Q1 is turned on first, the switching element Q2 is controlled to be turned off. Then, as an output of the switching element Q1, a resonance current flows from the resonance current detection winding ND → the primary winding N1 → the series resonance capacitor C1, but when the resonance current becomes zero, the switching element Q2 is turned on, and the switching element Q1 is Controlled to be off. Then, a resonant current in the opposite direction flows through the switching element Q2. Thereafter, a self-excited switching operation in which the switching elements Q1, Q2 are alternately turned on is started.
In this way, the switching elements Q1 and Q2 alternately open and close using the terminal voltage of the smoothing capacitor Ci as the operating power supply, thereby supplying a drive current close to the resonance current waveform to the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT. An alternating output is obtained at the next winding N2.

上記のように制御回路1は、例えば二次側の直流出力電圧EO1のレベルに応じてそのレベルが可変される直流電流を、制御電流としてドライブトランスPRTの制御巻線NCに供給することにより定電圧制御を行う。
即ち、直流電圧出力EO1のレベルに応じた制御電流を制御巻線NCに流すことで、駆動巻線NB1,NB2のインダクタンスを変化させ、これにより自励発振回路を形成するインダクタンス値を可変するようにされる。このようにしてインダクタンス値が可変されれば、自励発振回路の発振周波数が変化することとなって、結果的に、スイッチング周波数が可変制御される。このように、直流出力電圧EO1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が可変制御されることで、一次側直列共振回路の一次巻線N1に供給されるドライブ電流が制御されて、二次側に伝送されるエネルギーが制御されることにより、二次側直流出力電圧の定電圧制御が図られることになる。
なお、以降は上記のような方法による定電圧制御方式を「スイッチング周波数制御方式」ということにする。
As described above, the control circuit 1 is determined by supplying, for example, a DC current whose level is variable according to the level of the DC output voltage E01 on the secondary side to the control winding NC of the drive transformer PRT as a control current. Perform voltage control.
That is, by passing a control current according to the level of the DC voltage output EO1 through the control winding NC, the inductances of the drive windings NB1 and NB2 are changed, thereby changing the inductance value forming the self-excited oscillation circuit. To be. If the inductance value is varied in this way, the oscillation frequency of the self-excited oscillation circuit changes, and as a result, the switching frequency is variably controlled. Thus, the drive current supplied to the primary winding N1 of the primary side series resonance circuit is controlled by variably controlling the switching frequency of the switching elements Q1, Q2 in accordance with the level of the DC output voltage EO1. By controlling the energy transmitted to the secondary side, constant voltage control of the secondary side DC output voltage is achieved.
Hereinafter, the constant voltage control method using the above method will be referred to as a “switching frequency control method”.

続いて、力率改善回路20の構成について説明する。
この力率改善回路20は磁気結合形による電力回生方式としての構成を採る。
力率改善回路20においては、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コンデンサCiの正極端子間に対して、フィルタチョークコイルLN −高速リカバリ型ダイオードD1 −高周波インダクタL10が直列接続されて挿入される。
フィルタコンデンサCNは高速リカバリ型ダイオードD1のアノード側と平滑コンデンサCiの正極端子間に対して挿入されることで、フィルタチョークコイルLNと共にノーマルモードのローパスフィルタを形成している。
また並列共振コンデンサC20が高周波インダクタL10に対して並列に設けられることで、並列共振コンデンサC20と高周波インダクタL10で並列共振回路を構成する。これにより、負荷が軽くなったときの整流平滑電圧Eiの上昇を抑制する作用を有する。
Next, the configuration of the power factor correction circuit 20 will be described.
The power factor correction circuit 20 employs a configuration as a power regeneration system using a magnetic coupling type.
In the power factor correction circuit 20, a filter choke coil LN, a fast recovery diode D1, and a high frequency inductor L10 are connected in series between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. .
The filter capacitor CN is inserted between the anode side of the fast recovery diode D1 and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci, thereby forming a normal mode low-pass filter together with the filter choke coil LN.
Further, since the parallel resonant capacitor C20 is provided in parallel with the high frequency inductor L10, the parallel resonant capacitor C20 and the high frequency inductor L10 constitute a parallel resonant circuit. Thereby, it has the effect | action which suppresses the raise of the rectification | straightening smoothing voltage Ei when a load becomes light.

また、力率改善回路20に対しては、高速リカバリ型ダイオードD1 のカソードとチョークコイルLSの接続点に対して、上述した一次側の電流共振回路(N1,C1)が接続されて、この電流共振回路に得られるスイッチング出力による電流/電圧が帰還されるようにしている。   The power factor correction circuit 20 is connected to the above-described primary-side current resonance circuit (N1, C1) with respect to the connection point between the cathode of the fast recovery diode D1 and the choke coil LS. The current / voltage by the switching output obtained in the resonance circuit is fed back.

このような力率改善回路20においては、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力に応じて、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))に流れる一次側直列共振電流を電力として回生して、インダクタンスL10//コンデンサC20の並列接続を介するようにして平滑コンデンサCiに帰還することによって、交流入力電圧VACの正負の絶対値が1/2以上のときに高速リカバリ型ダイオードD1をスイッチングさせるように動作することになる。
これにより、整流出力電圧レベルが平滑コンデンサCiの両端電圧よりも低いとされる期間にも平滑コンデンサCiへの充電電流が流れるようにされる。
この結果、交流入力電流の平均的な波形が交流入力電圧の波形に近付くようにされて交流入力電流の導通角が拡大される結果、力率改善が図られることになる。
In such a power factor correction circuit 20, the primary side series resonance current flowing in the primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)) is regenerated as electric power according to the switching output of the switching elements Q1, Q2, By feeding back to the smoothing capacitor Ci through the parallel connection of the inductance L10 // capacitor C20, the fast recovery diode D1 is switched when the positive / negative absolute value of the AC input voltage VAC is 1/2 or more. Will work.
As a result, the charging current to the smoothing capacitor Ci flows even during a period in which the rectified output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci.
As a result, the average waveform of the AC input current approaches the waveform of the AC input voltage, and the conduction angle of the AC input current is expanded. As a result, the power factor is improved.

続いて、図7に、先に本出願人により出願された発明に基づいて構成されるスイッチング電源回路の他の構成例を示す。
この図7に示す電源回路においても、2本のスイッチング素子がハーフブリッジ結合された電流共振形コンバータが備えられるが、その駆動方式については他励式とされている。また、この場合にも力率改善を図るための力率改善回路21が備えられた構成とされている。
なお、図6と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
Next, FIG. 7 shows another configuration example of the switching power supply circuit configured based on the invention previously filed by the present applicant.
The power supply circuit shown in FIG. 7 is also provided with a current resonance type converter in which two switching elements are half-bridge coupled, and the drive system is a separate excitation type. Also in this case, the power factor improving circuit 21 for improving the power factor is provided.
Note that the same portions as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

この図に示す一次側の電流共振形コンバータにおいて、ハーフブリッジ結合方式により接続される2石のスイッチング素子Q1,Q2には、例えばMOS−FETが選定されている。
ここでは、スイッチング素子Q1のドレインを整流平滑電圧Eiのラインと接続し、スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインを接続し、スイッチング素子Q2のソースを一次側アースに接続することで、他励式に対応したハーフブリッジ結合としている。
これらスイッチング素子Q1,Q2は、発振ドライブ回路2によって交互にオン/オフ動作が繰り返されるようにスイッチング駆動されて、整流平滑電圧Eiを断続してスイッチング出力とする。
また、この場合には、各スイッチング素子Q1,Q2のドレイン−ソース間に対して、図に示す方向によって接続されるクランプダイオードDD1、DD2が設けられる。
In the primary side current resonance type converter shown in this figure, for example, a MOS-FET is selected as the two switching elements Q1 and Q2 connected by the half bridge coupling method.
Here, the drain of the switching element Q1 is connected to the line of the rectified smoothing voltage Ei, the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2 are connected, and the source of the switching element Q2 is connected to the primary side ground. The half-bridge connection is compatible with the excitation type.
These switching elements Q1 and Q2 are switched by the oscillation drive circuit 2 so that the on / off operation is alternately repeated, and the rectified and smoothed voltage Ei is intermittently used as a switching output.
In this case, clamp diodes DD1 and DD2 connected in the direction shown in the figure are provided between the drain and source of each switching element Q1 and Q2.

また、この場合には、スイッチング素子Q1,Q2のソース−ドレインの接続点(スイッチング出力点)に対して、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 の一端を接続することで、一次巻線N1 に対してスイッチング出力を供給するようにされる。一次巻線N1 の他端は、直列共振コンデンサC1を介して、力率改善回路21の高速リカバリ型ダイオードD1のアノード点に対して接続される。   In this case, one end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the connection point (switching output point) of the source and drain of the switching elements Q1 and Q2, thereby connecting the primary winding N1 to the primary winding N1. In contrast, a switching output is supplied. The other end of the primary winding N1 is connected to the anode point of the fast recovery diode D1 of the power factor correction circuit 21 via the series resonant capacitor C1.

この場合にも、直列共振コンデンサC1のキャパシタンス及び一次巻線N1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により、スイッチング電源回路を電流共振形とする電流共振回路を形成している。
また、スイッチング素子Q2のドレイン−ソース間に対して並列接続された部分共振コンデンサCpと、一次巻線N1 の漏洩インダクタンス成分L1により部分電圧共振回路が形成される。
Also in this case, a current resonance circuit in which the switching power supply circuit is a current resonance type 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 primary winding N1.
A partial voltage resonance circuit is formed by the partial resonance capacitor Cp connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2 and the leakage inductance component L1 of the primary winding N1.

この場合の制御回路1は、例えば直流出力電圧EO1 の変動に対応したレベルの制御信号を発振ドライブ回路2に出力する。発振ドライブ回路2では制御回路1から供給された制御信号に基づいて、発振ドライブ回路2からスイッチング素子Q1,Q2の各ゲートに供給するスイッチング駆動信号の周波数を変化させて、スイッチング周波数を可変するようにしている。これにより、図6の場合と同様に定電圧制御が行われる。
起動回路3は、電源投入直後に整流平滑ラインに得られる電圧あるいは電流を検出して、発振ドライブ回路2を起動させるために設けられるもので、絶縁コンバータトランスPITに追加的に巻装した巻線N4を、整流ダイオードD30及び平滑コンデンサC30により整流して得られる低レベルの直流電圧を動作電源としている。
In this case, the control circuit 1 outputs, for example, a control signal having a level corresponding to the fluctuation of the DC output voltage EO1 to the oscillation drive circuit 2. The oscillation drive circuit 2 varies the switching frequency by changing the frequency of the switching drive signal supplied from the oscillation drive circuit 2 to each gate of the switching elements Q1 and Q2 based on the control signal supplied from the control circuit 1. I have to. Thereby, the constant voltage control is performed as in the case of FIG.
The start circuit 3 is provided to start the oscillation drive circuit 2 by detecting the voltage or current obtained on the rectifying / smoothing line immediately after the power is turned on, and is additionally wound around the insulating converter transformer PIT. A low-level DC voltage obtained by rectifying N4 with a rectifier diode D30 and a smoothing capacitor C30 is used as an operation power supply.

この図に示す力率改善回路21では、静電結合形による電力回生方式としての力率改善回路の構成を採る。
力率改善回路21においては、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コンデンサCiの正極端子間に対して、高周波インダクタL10−高速リカバリ型ダイオードD1が直列接続されて挿入される。ここで、フィルタコンデンサCNは高周波インダクタL10−高速リカバリ型ダイオードD1の直列接続回路に対して並列に設けられる。そして、このような接続形態によっても、フィルタコンデンサCNはフィルタ高周波インダクタL10と共にノーマルモードのローパスフィルタを形成している。
また、共振コンデンサC20は、高速リカバリ型ダイオードD1に対して並列に設けられる。
また、この力率改善回路21に対しては、高周波インダクタL10と高速リカバリ型ダイオードD1のアノードとの接続点に対して電流共振回路(N1,C1)が接続される。
The power factor improvement circuit 21 shown in this figure employs a configuration of a power factor improvement circuit as a power regeneration system using an electrostatic coupling type.
In the power factor correction circuit 21, a high frequency inductor L10 and a fast recovery type diode D1 are connected in series between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. Here, the filter capacitor CN is provided in parallel to the series connection circuit of the high frequency inductor L10 and the fast recovery type diode D1. Even in such a connection form, the filter capacitor CN forms a normal mode low-pass filter together with the filter high-frequency inductor L10.
The resonant capacitor C20 is provided in parallel with the fast recovery diode D1.
In addition, a current resonance circuit (N1, C1) is connected to the power factor correction circuit 21 at a connection point between the high frequency inductor L10 and the anode of the fast recovery diode D1.

このようにして形成される力率改善回路21においても、一次側直列共振電流を電力として回生して、コンデンサC20を介するようにして平滑コンデンサCiに帰還することにより、高速リカバリ型ダイオードD1を、交流入力電圧VACの正負の絶対値が1/2以上の時にスイッチング動作させることになる。
これにより、整流出力電圧レベルが平滑コンデンサCiの両端電圧よりも低いとされる期間にも平滑コンデンサCiへの充電電流が流れるようにされ、交流入力電流の平均的な波形が交流入力電圧の波形に近付くようにされて交流入力電流の導通角が拡大される結果、力率改善が図られることになる。
Also in the power factor correction circuit 21 formed in this manner, the primary-side series resonance current is regenerated as power and fed back to the smoothing capacitor Ci through the capacitor C20, whereby the fast recovery diode D1 is The switching operation is performed when the positive and negative absolute values of the AC input voltage VAC are 1/2 or more.
As a result, the charging current to the smoothing capacitor Ci flows even during the period when the rectified output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci, and the average waveform of the AC input current is the waveform of the AC input voltage. As a result, the conduction angle of the AC input current is expanded, so that the power factor is improved.

ここで、上記図6及び図7に示す電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスPITとしては、例えば次のような構造を採る。先ず、コアとしては、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と、二次巻線を、EE型コアの中央磁脚に対して巻装している。
そのうえで、絶縁コンバータトランスPITのEE型コアの中央磁脚に対しては1.0mm程度のギャップを形成するようにしており、さらに、二次側巻線(N2)の1T(ターン)あたりの誘起電圧レベルが5V(5V/T)となるようして、二次側巻線(N2)及び一次側巻線(N1)のターン数を設定することとしている。
これによって、一次側巻線(N1)と二次側巻線(N2)との間で、0.80〜0.85程度の結合係数を得るようにしており、所要値のリーケージインダクタンス(L1)が得られるようにしている。
Here, the insulating converter transformer PIT provided in the power supply circuit shown in FIGS. 6 and 7 has the following structure, for example. First, as the core, an EE type core obtained by combining an E type core made of a ferrite material is provided. Then, after dividing the winding part on the primary side and the secondary side, the primary winding N1 and the secondary winding are wound around the central magnetic leg of the EE core.
In addition, a gap of about 1.0 mm is formed with respect to the central magnetic leg of the EE type core of the insulating converter transformer PIT, and the induced voltage per 1T (turn) of the secondary winding (N2). The number of turns of the secondary winding (N2) and the primary winding (N1) is set so that the level becomes 5V (5V / T).
As a result, a coupling coefficient of about 0.80 to 0.85 is obtained between the primary side winding (N1) and the secondary side winding (N2), and the required leakage inductance (L1). Is to be obtained.

また、上記図6及び図7に示した以外に力率改善を図る技術としては、例えば図8に示すように、商用交流電源ラインに対してパワーチョークコイルPCHを挿入する構成も知られている。なお、このようなパワーチョークコイルによる力率改善は、チョークインプット方式ともいわれる。   Further, as a technique for improving the power factor other than those shown in FIGS. 6 and 7, for example, as shown in FIG. 8, a configuration in which a power choke coil PCH is inserted into a commercial AC power supply line is also known. . Such power factor improvement by the power choke coil is also called a choke input method.

図9は、上記図8に示すようにして、商用交流電源ラインにパワーチョークコイルPCHを挿入して構成した電源回路についての、負荷電力Poの変動に対する特性として、整流平滑電圧Eiレベル、及び力率PFの各特性を示している。また、この図では、比較としてパワーチョークコイルPCHを挿入しない(力率改善を行わない)構成の電源回路の特性も示している。なお、この場合において、図8に示す電源回路の後段は、例えば図6又は図7の電源回路から力率改善回路20,21を省略した回路構成を採るものとすればよい。
図8に示すパワーチョークコイルPCHの実際としては、この図9の実線で示す力率特性のように、負荷電力Poとして最大負荷電力時(この場合はPo=125W時)に力率PFが0.75以上となるように、そのインダクタンスLcの値を設定するようにされる。これにより、例えば現状の家電・汎用電子機器の高調波歪規制クラスDの規制値を満足することができる。なお、実際のインダクタンスLcの値としては、10mHを選定した。
FIG. 9 shows the characteristics of the power supply circuit configured by inserting the power choke coil PCH into the commercial AC power supply line as shown in FIG. Each characteristic of the rate PF is shown. This figure also shows the characteristics of a power supply circuit having a configuration in which the power choke coil PCH is not inserted (power factor improvement is not performed) for comparison. In this case, the subsequent stage of the power supply circuit shown in FIG. 8 may have a circuit configuration in which the power factor correction circuits 20 and 21 are omitted from the power supply circuit of FIG. 6 or FIG.
In practice, the power choke coil PCH shown in FIG. 8 has a power factor PF of 0 at the maximum load power (in this case, Po = 125 W) as the load power Po, as in the power factor characteristic shown by the solid line in FIG. The value of the inductance Lc is set so as to be .75 or more. Thereby, the regulation value of the harmonic distortion regulation class D of the current home appliances / general-purpose electronic devices can be satisfied, for example. Note that 10 mH was selected as the actual value of the inductance Lc.

特開2003−189614号公報(図6、図7、図11)Japanese Patent Laid-Open No. 2003-189614 (FIGS. 6, 7, and 11)

ところが、上記図6、及び図7に示したようにして、力率改善回路を備える構成の電源回路では、次のような問題がある。
これらの図に示す電源回路では、力率改善回路20,21による電力帰還(回生)の方式として、それぞれ磁気結合形、静電結合形を採るが、いずれの形式においても、一次側直列共振回路に流れる一次側直列共振電流を平滑コンデンサCiに電力回生して帰還させるようにしている。これは、帰還経路の形成のために、商用交流電源の整流電流経路と、スイッチング出力が供給される一次側直列共振回路とが接続されているということを意味する。このために、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1に流れる一次側直列共振電流には、商用交流電流周期の電流が重畳する。
これにより、二次側の直流出力電圧E01、E02の商用電源周期のリップル電圧が力率改善前よりも増加する。例えば図6、図7において力率改善回路20,21の回路部分を設けない回路構成とする場合、力率PF=0.55程度となるが、図6、図7の回路として力率PF=0.8程度が得られるように構成した場合に、リップル電圧は5〜6倍に増加する。
However, as shown in FIGS. 6 and 7, the power supply circuit having the power factor correction circuit has the following problems.
In the power supply circuits shown in these figures, the magnetic feedback type and the electrostatic coupling type are adopted as the power feedback (regeneration) methods by the power factor correction circuits 20 and 21, respectively. The primary side series resonance current flowing through the power is regenerated and fed back to the smoothing capacitor Ci. This means that the rectification current path of the commercial AC power supply and the primary side series resonance circuit to which the switching output is supplied are connected to form a feedback path. For this reason, the current of the commercial alternating current cycle is superimposed on the primary side series resonance current flowing in the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT.
As a result, the ripple voltage of the commercial power supply cycle of the DC output voltages E01 and E02 on the secondary side increases from before the power factor improvement. For example, in the case of a circuit configuration in which the circuit portions of the power factor improvement circuits 20 and 21 are not provided in FIGS. 6 and 7, the power factor PF is about 0.55, but the power factor PF = When configured to obtain about 0.8, the ripple voltage increases 5 to 6 times.

この対策としては、直流出力電圧平滑用の平滑コンデンサC01、C02の静電容量を5〜6倍に増加させなければならない。即ち、制御回路1のゲインを可能な限り向上しても、力率改善前の回路と同等とするには、平滑コンデンサC01、C02のキャパシタンスを5〜6倍増加することが必要となり、大幅なコストアップとなり、実用化は現実的ではないものとなる。このような対策が現実的でないことから、図6及び図7のような回路は、例えばリップル電圧を一定以下とすることが厳しく要求されるような機器に採用することが難しい。   As a countermeasure, the capacitance of the smoothing capacitors C01 and C02 for smoothing the DC output voltage must be increased 5 to 6 times. That is, even if the gain of the control circuit 1 is improved as much as possible, in order to make it equal to the circuit before the power factor improvement, it is necessary to increase the capacitances of the smoothing capacitors C01 and C02 by 5 to 6 times. The cost will be increased, and practical application will be impractical. Since such a countermeasure is not practical, it is difficult to employ the circuits as shown in FIGS. 6 and 7 in a device that strictly requires, for example, the ripple voltage to be below a certain level.

そこで、先に図8に示したようにして、チョークインプット方式により力率を改善する構成とすれば、上記したリップルの問題は解消される。
しかしながら、このようなチョークインプット方式で必要となるパワーチョークコイルPCHとしては、負荷電力の増大に伴って大型化し、重量、サイズ、コストが増大するという問題を抱える。
さらに、パワーチョークコイルPCHの配置位置として漏洩磁束の影響がない場所を選定しなければならない。或いは漏洩磁束の影響を受けないようにする対策が必要となるので、基板上の配置設計の困難化や、また、シールド部材が必要となって基板サイズ、重量が増加することなどの問題が生ずる。
つまり、現状においては、力率改善技術として、電力回生方式ではリップル増加が問題となるが、チョークインプット方式では、このようなパワーチョークコイルPCHによる 回路重量の増大や、サイズ、コストの増大が問題となってくるという事情をかかえる。このことから、リップル増加の問題を解消し、かつ、小型軽量で低コスト化が可能な力率改善のための構成が求められているということがいえる。
Therefore, if the power factor is improved by the choke input method as shown in FIG. 8, the above-described ripple problem is solved.
However, the power choke coil PCH required in such a choke input system is problematic in that it increases in size and increases in weight, size, and cost as load power increases.
Furthermore, a place where there is no influence of the leakage magnetic flux must be selected as the arrangement position of the power choke coil PCH. Alternatively, since measures to prevent the influence of leakage magnetic flux are necessary, problems such as difficulty in layout design on the substrate and an increase in the substrate size and weight due to the need for a shield member arise. .
In other words, as a power factor improvement technology, the power regeneration method currently has a problem of increased ripple, but the choke input method has problems such as an increase in circuit weight, size and cost due to the power choke coil PCH. The situation of becoming. From this, it can be said that there is a demand for a configuration for improving the power factor that can solve the problem of ripple increase, and that can be reduced in size and weight.

そこで、本発明では以上のような問題点に鑑み、スイッチング電源回路として以下のようにすることとした。
つまり、先ず、商用交流電源を入力して整流平滑電圧を生成する整流平滑手段と、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を行うスイッチング素子を備えて形成した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を備える。
そして、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により交番電圧が励起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスと、少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路とを備える。
さらに、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に励起される交番電圧を入力して整流動作を行って、二次側直流出力電圧を生成するように構成された二次側直流出力電圧生成手段と、上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、二次側直流出力電圧に対する定電圧制御を行うように構成された定電圧制御手段と、力率の改善を図る力率改善手段とを備える。
その上で、先ずは上記絶縁コンバータトランスの磁束密度が、上記二次側直流出力電圧の変動にかかわらず二次側整流電流が連続モードとなるようにして、所定以下となるように設定されている。
そして、上記力率改善手段としては、先ず上記整流平滑手段における整流回路の整流出力端子と平滑コンデンサの正極端子との間の整流電流経路に対して直列に挿入され、この整流電流経路に流れる整流電流をスイッチングする第1の力率改善用スイッチング素子と第2の力率改善用スイッチング素子とを直列に接続した直列接続回路を備える。
そして、上記第1の力率改善用スイッチング素子に対して並列に接続される力率改善用直列共振コンデンサと、少なくとも上記直列接続回路に対して並列に接続されるフィルタコンデンサとを備える。
その上で、上記第1の力率改善用スイッチング素子と第2の力率改善用スイッチング素子との接続点に対して上記一次側直列共振回路の端部を接続して成るようにされているものである。
Therefore, in the present invention, in view of the above problems, the switching power supply circuit is configured as follows.
That is, first, a rectifying / smoothing unit that generates a rectified and smoothed voltage by inputting a commercial AC power supply, a switching unit that includes a switching element that performs switching by inputting the rectified and smoothed voltage as a DC input voltage, and the switching Switching drive means for switching and driving the element.
Then, at least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage is excited by the switching output obtained in the primary winding are wound. An insulating converter transformer formed at least, a leakage inductance component of a primary winding of the insulating converter transformer, and a capacitance of a primary side series resonant capacitor connected in series to the primary winding, A primary-side series resonance circuit whose operation is a current resonance type.
A secondary-side DC output voltage generator configured to generate a secondary-side DC output voltage by performing an rectification operation by inputting an alternating voltage excited in the secondary winding of the insulating converter transformer; The constant voltage control for the secondary side DC output voltage is performed by controlling the switching drive means according to the level of the secondary side DC output voltage and varying the switching frequency of the switching means. Constant voltage control means and power factor improvement means for improving the power factor.
Then, first, the magnetic flux density of the insulating converter transformer is set to be equal to or less than a predetermined value so that the secondary side rectified current is in a continuous mode regardless of the fluctuation of the secondary side DC output voltage. Yes.
Then, as the power factor improving means, first, the rectification current flowing between the rectification current path between the rectification output terminal of the rectification circuit and the positive terminal of the smoothing capacitor is inserted in series with the rectification current path. A series connection circuit is provided in which a first power factor improving switching element for switching current and a second power factor improving switching element are connected in series.
And a power factor improving series resonance capacitor connected in parallel to the first power factor improving switching element, and a filter capacitor connected in parallel to at least the series connection circuit.
In addition, an end of the primary side series resonance circuit is connected to a connection point between the first power factor improving switching element and the second power factor improving switching element. Is.

上記構成による本発明のスイッチング電源回路は、一次側スイッチングコンバータとして、電流共振形コンバータを備えていることになる。また、力率改善は、電力回生方式により行う構成を採ることとしている。
そして、上記のようにして絶縁コンバータトランスの磁束密度が所要以下となるようにしていることで、二次側直流出力電圧の変動、つまり、負荷変動や商用交流電源(交流入力電圧)のレベル変動にかかわらず、二次側整流動作としては常に、二次側整流電流が不連続となる期間を生じない連続モードとなるようにしている。
このように絶縁コンバータトランスの磁束密度を所要以下とし、二次側整流動作を連続モードとすれば、電力回生方式により力率改善を行う場合に生じるとされていた、一次側直列共振回路に重畳する商用交流電源周期のリップルに伴って発生するとされる、二次側直流出力電圧に重畳する商用交流電源周期のリップル電圧の抑制が図られる。
The switching power supply circuit of the present invention having the above configuration includes a current resonance type converter as the primary side switching converter. In addition, the power factor is improved using a power regeneration system.
Then, as described above, the magnetic flux density of the insulating converter transformer is set to be lower than the required value, so that the fluctuation of the secondary side DC output voltage, that is, the load fluctuation and the level fluctuation of the commercial AC power supply (AC input voltage). Regardless of this, the secondary side rectification operation is always in a continuous mode that does not produce a period in which the secondary rectification current becomes discontinuous.
In this way, if the magnetic flux density of the insulating converter transformer is kept below the required level and the secondary side rectification operation is set to the continuous mode, it is superimposed on the primary side series resonance circuit, which was supposed to occur when the power factor is improved by the power regeneration method. The ripple voltage of the commercial AC power supply cycle superimposed on the secondary side DC output voltage, which is generated along with the ripple of the commercial AC power supply cycle, is suppressed.

また、上記本発明による力率改善手段の構成によれば、従来の静電結合形による構成とは異なり、高周波インダクタが省略されて、例えばダイオード素子による力率改善用スイッチング素子が備えられる。
このように従来の高周波インダクタを省略した構成が採られることによっては、力率の設定を力率改善用直列共振コンデンサ、一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスの設定のみで行うことができ、力率の設定に高周波インダクタのインダクタンスについての設定も行うようにされていた従来の構成よりも高い力率の設定が可能となる。
また、高周波インダクタが省略できれば、そのインダクタンスのバラツキにより生じるとされていた力率のバラツキについても、今回のダイオード素子では順方向電圧降下のバラツキは生じないことで、これを低減することができる。
Further, according to the configuration of the power factor improving means according to the present invention, unlike the conventional electrostatic coupling type configuration, the high frequency inductor is omitted, and a power factor improving switching element using, for example, a diode element is provided.
Thus, by adopting a configuration in which the conventional high frequency inductor is omitted, the power factor can be set only by setting the capacitance of the power factor improving series resonant capacitor and the primary side series resonant capacitor. It is possible to set a higher power factor than the conventional configuration in which the setting of the inductance of the high-frequency inductor is also made.
Further, if the high-frequency inductor can be omitted, the power factor variation, which is supposed to be caused by the variation in inductance, can be reduced by the forward voltage drop variation not occurring in the current diode element.

このようにして本発明のスイッチング電源回路としては、電力回生方式による力率改善のための構成を採りながらも、二次側直流出力電圧のリップル電圧が抑制されることとなるので、例えば二次側直流出力電圧を生成するための二次側整流平滑コンデンサのキャパシタンスとしては、実用範囲に収めることができる。つまり、電力回生方式による力率改善構成を備える電源回路の実用化をこれまでよりも容易に実現して推し進めることが可能になる。
また、これにより、代替の力率改善技術としてチョークインプット方式を採る必要も無くなるが、これは、力率改善機能を有する電源回路として、大幅な回路基板サイズの小型軽量化という効果が得られたことを意味する。
As described above, the switching power supply circuit of the present invention has a configuration for improving the power factor by the power regeneration method, and the ripple voltage of the secondary side DC output voltage is suppressed. The capacitance of the secondary side rectifying and smoothing capacitor for generating the side DC output voltage can be within a practical range. That is, it becomes possible to realize and push forward the practical use of a power supply circuit having a power factor improving configuration based on a power regeneration system more easily than before.
This also eliminates the need for the choke input method as an alternative power factor improvement technique, but this has resulted in a significant reduction in circuit board size and weight as a power circuit having a power factor improvement function. Means that.

さらに、本発明の力率改善手段の構成によれば、従来の高周波インダクタに代えて力率改善用のスイッチング素子(ダイオード素子)が備えられることで、より高力率を得ることができると共に、力率のバラツキをより低減することができる。   Furthermore, according to the configuration of the power factor improving means of the present invention, a power factor improving switching element (diode element) is provided instead of the conventional high frequency inductor, so that a higher power factor can be obtained. Power factor variation can be further reduced.

以下、発明を実施するための最良の形態(以下実施の形態とする)について説明していく。
図1は、実施の形態のスイッチング電源回路の構成例を示した回路図である。この図に示す電源回路は、一次側の基本構成として、他励式によ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に対して部分電圧共振回路が組み合わされた構成を採る。
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described.
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a switching power supply circuit according to an embodiment. The power supply circuit shown in this figure employs a configuration in which a partial voltage resonance circuit is combined with a current resonance type converter using a half-bridge coupling method by a separate excitation type as a basic configuration on the primary side.

この図1に示す電源回路においては、先ず、商用交流電源ACに対し、フィルタコンデンサCL、CL、及びコモンモードチョークコイルCMCによるノイズフィルタが形成されている。
そして、上記ノイズフィルタの後段となる商用交流電源ACに対しては、ブリッジ整流回路Di及び1本の平滑コンデンサCiから成る全波整流平滑回路が接続される。ただし、本実施の形態においては、ブリッジ整流回路Diの正極出力ラインと、平滑コンデンサCiの正極端子間には、力率改善回路10が介在するようにして設けられる。この力率改善回路10の構成及びその動作については後述する。
この全波整流平滑回路が商用交流電源ACを入力して全波整流動作を行うことによって、平滑コンデンサCiの両端には整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)が得られる。この場合の整流平滑電圧Eiは、交流入力電圧VACの等倍に対応したレベルとなる。また、この場合においては、ブリッジ整流回路Diを形成する4本の整流ダイオードには、低速リカバリ型を選定している。
In the power supply circuit shown in FIG. 1, first, a noise filter is formed by filter capacitors CL and CL and a common mode choke coil CMC with respect to the commercial AC power supply AC.
A full-wave rectifying / smoothing circuit including a bridge rectifier circuit Di and one smoothing capacitor Ci is connected to the commercial AC power supply AC that is a subsequent stage of the noise filter. However, in the present embodiment, the power factor correction circuit 10 is provided between the positive output line of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. The configuration and operation of the power factor correction circuit 10 will be described later.
When this full-wave rectifying / smoothing circuit inputs a commercial AC power supply AC and performs a full-wave rectifying operation, a rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) is obtained at both ends of the smoothing capacitor Ci. In this case, the rectified and smoothed voltage Ei is at a level corresponding to an equal magnification of the AC input voltage VAC. In this case, a low speed recovery type is selected for the four rectifier diodes forming the bridge rectifier circuit Di.

上記直流入力電圧を入力してスイッチング(断続)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,Q2をハーフブリッジ結合により接続したスイッチング回路を備える。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、ダンパーダイオードDD1,DD2が並列に接続される。ダンパーダイオード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、ドレインと接続される。同様にして、ダンパーダイオードDD2のアノード、カソードは、それぞれスイッチング素子Q2のソース、ドレインと接続される。ダンパーダイオードDD1,DD2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2が備えるボディダイオードとされる。   As shown in the figure, the current resonance type converter for switching (intermittently) by inputting the DC input voltage includes a switching circuit in which two switching elements Q1 and Q2 by MOS-FETs are connected by half bridge coupling. Damper diodes DD1 and DD2 are connected in parallel between the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2. The anode and cathode of the damper diode DD1 are connected to the source and drain of the switching element Q1, respectively. Similarly, the anode and cathode of the damper diode DD2 are connected to the source and drain of the switching element Q2, respectively. The damper diodes DD1 and DD2 are body diodes provided in the switching elements Q1 and Q2, respectively.

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、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、駆動回路を有しており、例えば汎用のICを用いることができる。そして、この発振・ドライブ回路2内の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, an oscillation / drive circuit 2 is provided to drive the switching elements Q1, Q2 in a switching manner. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit, and for example, a general-purpose IC can be used. Then, a drive signal (gate voltage) having a required frequency is applied to the gates of the switching elements Q1 and Q2 by the oscillation circuit and the drive circuit in the oscillation / drive circuit 2. Thereby, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation so as to be alternately turned on / off at a required switching frequency.

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ために設けられる。
この絶縁トランスPITの一次巻線N1の一方の端部は、一次側直列共振コンデンサC1の直列接続を介して、力率改善回路10におけるスイッチングダイオードD2のカソードと、スイッチングダイオードD1のアノードと、コンデンサC20との接続点に対して接続される。また、一次巻線N1の他方の端部は、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。
The insulating converter transformer PIT is provided to transmit the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side.
One end of the primary winding N1 of the insulation transformer PIT is connected to the cathode of the switching diode D2, the anode of the switching diode D1, and the capacitor in the power factor correction circuit 10 through a series connection of the primary side series resonant capacitor C1. Connected to the connection point with C20. The other end of the primary winding N1 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, so that the switching output is transmitted. Yes.

ここで、絶縁コンバータトランスPITは、後述する構造により、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1に所要のリーケージインダクタンスL1を生じさせる。そして、このリーケージインダクタンスL1と、少なくとも一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスとによっては一次側直列共振回路を形成する。上記した接続態様によれば、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力はこの一次側直列共振回路に伝達されることとなる。この一次側直列共振回路が、伝達されたスイッチング出力により共振動作を行うことで、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。   Here, the insulating converter transformer PIT generates a required leakage inductance L1 in the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT by a structure described later. The leakage inductance L1 and at least the capacitance of the primary side series resonance capacitor C1 form a primary side series resonance circuit. According to the connection mode described above, the switching outputs of the switching elements Q1, Q2 are transmitted to the primary side series resonance circuit. The primary side series resonance circuit performs a resonance operation by the transmitted switching output, thereby making the operation of the primary side switching converter a current resonance type.

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、複合共振形コンバータとしての構成を採っている。
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 has a configuration as a complex resonance type converter in which a resonance circuit for making the primary side switching converter a resonance type is combined with another resonance circuit.

絶縁コンバータトランスPITの二次巻線には一次巻線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。そして、この場合の二次巻線N2としては、センタータップが施されたことで2つに分割された二次巻線N2A,N2Bが設けられる。この場合、二次巻線N2A,N2Bは同じ所定のターン数を有する。   An alternating voltage corresponding to the switching output transmitted to the primary winding N1 is excited in the secondary winding of the insulating converter transformer PIT. In this case, as the secondary winding N2, secondary windings N2A and N2B which are divided into two parts by providing a center tap are provided. In this case, the secondary windings N2A and N2B have the same predetermined number of turns.

そして、これら二次巻線N2A,N2Bに対しては、図示するように整流用素子としてNチャネルのMOS−FETQ3,Q4,Q5,Q6を備える、両波整流による同期整流回路が備えられる。
これらMOS−FETQ3〜Q6は、例えば低耐圧のトレンチ構造のものを選定することで、低オン抵抗を得るようにされる。
The secondary windings N2A and N2B are provided with a synchronous rectification circuit by double-wave rectification, which includes N-channel MOS-FETs Q3, Q4, Q5, and Q6 as rectification elements as shown in the figure.
For these MOS-FETs Q3 to Q6, for example, a low breakdown voltage trench structure is selected to obtain a low on-resistance.

絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2のセンタータップ出力は、図示するようにインダクタLdの直列接続を介して、平滑コンデンサCoの正極端子の接続点と接続される。   The center tap output of the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT is connected to the connection point of the positive terminal of the smoothing capacitor Co via a series connection of the inductor Ld as shown.

そして、上記二次巻線N2の一方の端部(二次巻線N2B側の端部)は、MOS−FETQ3のドレインとMOS−FETQ5のドレインとの接続点に対して接続される。そして、これらMOS−FETQ3、Q5の各ソースの接続点が、二次側アースに接続される。
同様に、二次巻線N2の他方の端部(二次巻線N2A側の端部)は、MOS−FETQ4のドレインとMOS−FETQ6のドレインとの接続点に対して接続され、これらMOS−FETQ4、Q6の各ソースの接続点が二次側アースに接続されている。
なお、MOS−FETQ3,Q4、Q5、Q6のドレイン−ソースに対しては、それぞれ、ボディダイオードDD3,DD4、DD5、DD6が並列に接続される。
One end of the secondary winding N2 (the end on the secondary winding N2B side) is connected to a connection point between the drain of the MOS-FET Q3 and the drain of the MOS-FET Q5. The connection points of the sources of these MOS-FETs Q3 and Q5 are connected to the secondary side ground.
Similarly, the other end of the secondary winding N2 (the end on the secondary winding N2A side) is connected to the connection point between the drain of the MOS-FET Q4 and the drain of the MOS-FET Q6. The connection point of the sources of the FETs Q4 and Q6 is connected to the secondary side ground.
Note that body diodes DD3, DD4, DD5, and DD6 are connected in parallel to the drain-source of the MOS-FETs Q3, Q4, Q5, and Q6, respectively.

このような接続形態によれば、二次巻線N2Bを含む整流電流経路においては、整流素子であるMOS−FETQ3//MOS−FETQ5の並列接続回路が直列に挿入されることになる。また、二次巻線N2Aを含む整流電流経路においては、同じく整流素子であるMOS−FETQ4//MOS−FETQ6の並列接続回路が直列に挿入された構成となっている。   According to such a connection form, in the rectification current path including the secondary winding N2B, the parallel connection circuit of the MOS-FET Q3 // MOS-FET Q5 which is the rectification element is inserted in series. In the rectified current path including the secondary winding N2A, a parallel connection circuit of MOS-FET Q4 // MOS-FET Q6, which is also a rectifying element, is inserted in series.

また、この図に示される同期整流回路において、MOS−FETQ3とMOS−FETQ5を駆動する駆動回路は、二次巻線N2Aのセンタータップしていない側の端部とMOS−FETQ3、Q5のゲートとの間に共通に挿入されるようにして、ゲート抵抗Rg1を接続して形成される。
同様に、MOS−FETQ4、Q6を駆動する駆動回路は、二次巻線N2Bのセンタータップしていない端部とMOS−FETQ4、Q6のゲートとの間に共通となるようにして挿入された、ゲート抵抗Rg2を備えて形成される。
つまりこの場合、上記MOS−FETQ3,Q5は、上記二次巻線N2Aに励起される交番電圧が上記ゲート抵抗Rg1により検出されることで、同じタイミングでオン(導通)/オフ(非導通)するようにされ、MOS−FETQ4,Q6も、二次巻線N2Bに励起される交番電圧が上記ゲート抵抗Rg2により検出されることで、同じタイミングでオン(導通)/オフ(非導通)するようにされているものである。
また、MOS−FETQ3,Q5の組が、二次巻線N2Aのセンタータップされていない端部の電圧に応じてオン/オフし、MOS−FETQ4,Q6の組が二次巻線N2Bのセンタータップされていない端部の電圧に応じてオン/オフするということは、互いのMOS−FETの組が、逆極性となる交番電圧に応じてオン/オフするということになる。つまり、MOS−FETQ3,Q5の組と、MOS−FETQ4,Q6の組とでは、二次巻線N2に励起される交番電圧が反転するタイミングに応じて、交互にオン/オフするようにして整流動作(スイッチング動作)を行う。
In the synchronous rectifier circuit shown in this figure, the drive circuit for driving the MOS-FET Q3 and the MOS-FET Q5 includes the end of the secondary winding N2A on the side not center-tapped and the gates of the MOS-FETs Q3 and Q5. The gate resistor Rg1 is connected so as to be inserted in common.
Similarly, the driving circuit for driving the MOS-FETs Q4 and Q6 is inserted so as to be common between the end portion of the secondary winding N2B which is not center-tapped and the gates of the MOS-FETs Q4 and Q6. It is formed with a gate resistance Rg2.
That is, in this case, the MOS-FETs Q3 and Q5 are turned on (conductive) / off (non-conductive) at the same timing when the alternating voltage excited by the secondary winding N2A is detected by the gate resistor Rg1. The MOS-FETs Q4 and Q6 are also turned on (conducting) / off (nonconducting) at the same timing when the alternating voltage excited by the secondary winding N2B is detected by the gate resistor Rg2. It is what has been.
Also, the pair of MOS-FETs Q3 and Q5 is turned on / off according to the voltage at the end of the secondary winding N2A that is not center-tapped, and the pair of MOS-FETs Q4 and Q6 is the center tap of the secondary winding N2B. Turning on / off in accordance with the voltage at the end that is not performed means that each pair of MOS-FETs is turned on / off in accordance with an alternating voltage having a reverse polarity. That is, the MOS-FETs Q3 and Q5 and the MOS-FETs Q4 and Q6 are rectified so that they are alternately turned on / off according to the timing at which the alternating voltage excited by the secondary winding N2 is inverted. The operation (switching operation) is performed.

ここで、MOS−FETは、ゲートにオン電圧を印加すると、ドレイン−ソース間は単なる抵抗体と等価となるので、電流は双方向に流れる。これを二次側の整流素子として機能させようとすれば、二次側平滑コンデンサ(平滑コンデンサCo1〜Co4)の正極端子に充電する方向のみに電流を流さなければならない。これとは逆方向に電流が流れると、二次側平滑コンデンサから絶縁コンバータトランスPIT側に放電電流が流れて、負荷側に有効に電力を伝達することができなくなる。また、逆電流によるMOS−FETの発熱、ノイズなどが生じて、一次側におけるスイッチング損失も招く。
上記した駆動回路は、二次巻線の電圧を検出することに基づいて、二次側平滑コンデンサの正極端子に充電する方向(つまり、この場合ではソース→ドレイン方向)の電流のみが流れるように、MOS−FETQ3〜Q6をスイッチング駆動するための回路である。つまり、この場合における同期整流回路の回路構成としては、巻線電圧検出方式により、整流電流に同期させてMOS−FETをオン/オフ駆動する構成を採っているものである。
Here, when an ON voltage is applied to the gate of the MOS-FET, the drain-source is equivalent to a mere resistor, so that current flows in both directions. If this is to function as a secondary side rectifying element, it is necessary to pass a current only in the direction in which the positive terminals of the secondary side smoothing capacitors (smoothing capacitors Co1 to Co4) are charged. If a current flows in the opposite direction, a discharge current flows from the secondary side smoothing capacitor to the insulating converter transformer PIT side, and power cannot be effectively transmitted to the load side. Further, the MOS-FET generates heat and noise due to the reverse current, resulting in switching loss on the primary side.
Based on the detection of the voltage of the secondary winding, the drive circuit described above is such that only the current in the direction of charging the positive terminal of the secondary-side smoothing capacitor (that is, in this case, the source-to-drain direction) flows. This is a circuit for switching the MOS-FETs Q3 to Q6. In other words, the circuit configuration of the synchronous rectifier circuit in this case employs a configuration in which the MOS-FET is driven on / off in synchronization with the rectified current by the winding voltage detection method.

なお、この場合、MOS−FETQ3,Q5の組の駆動回路系を形成するとされるゲート抵抗Rg1と、MOS−FETQ4,Q6の組の駆動回路系を形成するとされるゲート抵抗Rg2に対しては、それぞれ並列にショットキーダイオードDg1、ショットキーダイオードDg2を図示する方向により接続するようにしている。このようにしてショットキーダイオードDg1,Dg2を挿入することによっては、それぞれMOS−FETQ3,Q5,Q4,Q6のゲート入力容量の蓄積電荷を、これらのターンオフ時に対応して、ショットキーダイオードDg1、ショットキーダイオードDg2を経由して放電するための経路が形成される。そして、これによってこれらMOS−FETを確実にターンオフさせて、良好なスイッチング特性を得るようにしているものである。   In this case, for the gate resistor Rg1 that is to form the drive circuit system of the MOS-FETs Q3 and Q5 and the gate resistor Rg2 that is to form the drive circuit system of the MOS-FETs Q4 and Q6, A Schottky diode Dg1 and a Schottky diode Dg2 are connected in parallel in the direction shown in the figure. By inserting the Schottky diodes Dg1 and Dg2 in this way, the accumulated charges of the gate input capacitances of the MOS-FETs Q3, Q5, Q4, and Q6 correspond to the Schottky diodes Dg1 and Schottky corresponding to these turn-off times, respectively. A path for discharging via the key diode Dg2 is formed. As a result, these MOS-FETs are reliably turned off to obtain good switching characteristics.

また、上述もしたように、この図1に示す電源回路では、二次巻線N2のセンタータップと二次側平滑コンデンサとの間に、インダクタLdを直列に挿入している。すなわちこの場合、インダクタLdを二次側の整流電流経路において、二次側交番電圧が正/負の各期間で共通に整流電流が流れるラインに対して挿入しているものである。
このようにしてインダクタLdを挿入することによっては、二次側直流出力電圧Eoに発生するとされていたノイズの抑制を図ることができる。
二次側の整流回路として、MOS−FETによる同期整流回路を備えた場合、これらMOS−FETによるスイッチングノイズ等の影響により二次側直流出力電圧Eoには高周波ノイズが重畳し易くなる。そこで、このように整流電流経路に対してインダクタLdを挿入することで、高周波のノイズ成分について、そのインピーダンス成分によって平滑化することで抑制するようにしている。
また、このように整流電流経路に挿入されたインダクタLdによっては、後述もするように二次側整流電流に生じるとされる逆方向電流の発生を抑制する作用も得られる。
Further, as described above, in the power supply circuit shown in FIG. 1, the inductor Ld is inserted in series between the center tap of the secondary winding N2 and the secondary side smoothing capacitor. That is, in this case, the inductor Ld is inserted in the secondary side rectified current path with respect to the line through which the rectified current flows in common during each period in which the secondary side alternating voltage is positive / negative.
By inserting the inductor Ld in this way, it is possible to suppress noise that was supposed to be generated in the secondary side DC output voltage Eo.
When a secondary rectifier circuit is provided with a synchronous rectifier circuit using a MOS-FET, high-frequency noise is easily superimposed on the secondary-side DC output voltage Eo due to the influence of switching noise or the like caused by the MOS-FET. Thus, by inserting the inductor Ld into the rectified current path in this way, the high frequency noise component is suppressed by smoothing with the impedance component.
Further, depending on the inductor Ld inserted in the rectified current path as described above, an effect of suppressing the generation of the reverse current that is supposed to be generated in the secondary side rectified current can be obtained as will be described later.

これまでに説明した回路構成による同期整流回路によっては、二次側平滑コンデンサに対して両波整流により整流して得られる整流電流を充電する動作が得られる。
すなわち、二次側に励起される交番電圧の一方の半周期には、二次巻線N2Bから流れる電流が、MOS−FETQ3//Q5の並列接続回路をソース→ドレイン方向に導通し、平滑コンデンサCoに対して充電される。また、交番電圧の他方の半周期には、二次巻線N2Aに流れる電流がMOS−FETQ3//Q5の並列接続回路をソース→ドレイン方向に導通し、平滑コンデンサCoに対して充電される。これによって、上記交番電圧が正/負の期間で平滑コンデンサCoに充電する両波整流動作が得られるものである。
そして、このような平滑コンデンサの両端電圧として、図のような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。
With the synchronous rectifier circuit having the circuit configuration described so far, an operation of charging a rectified current obtained by rectifying the secondary-side smoothing capacitor by double-wave rectification can be obtained.
That is, in one half cycle of the alternating voltage excited on the secondary side, the current flowing from the secondary winding N2B conducts through the parallel connection circuit of the MOS-FET Q3 // Q5 in the source-to-drain direction, and the smoothing capacitor Charged to Co. Further, in the other half cycle of the alternating voltage, the current flowing through the secondary winding N2A is conducted in the source-to-drain direction through the parallel connection circuit of the MOS-FET Q3 // Q5, and the smoothing capacitor Co is charged. As a result, a double-wave rectification operation in which the smoothing capacitor Co is charged in a period in which the alternating voltage is positive / negative can be obtained.
A secondary side DC output voltage Eo as shown in the figure is obtained as the voltage across the smoothing capacitor. 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 described below.

なお、本実施の形態において、上記同期整流回路について、上記のようにして整流素子としてのMOS−FETを並列に接続しているのは、次のような理由による。
ここでの例として、本実施の形態の電源回路が実際に対応すべき負荷条件としては、二次側直流出力電圧Eo=5Vに対して、負荷電流が30A〜0Aで変動するものとしている。これは、いわゆる低電圧/大電流といわれる、実質的には相当に変動幅が広範囲となる負荷条件であり、従って、負荷が重くなる傾向では、二次側整流回路にも相当に大きな電流が流れる。そこで、整流素子であるMOS−FETについて、複数本を並列接続した構成とすることで、大電流が流れるときの素子への負担を軽減して、高い信頼性を確保することとしているものである。
In the present embodiment, the reason why the MOS-FETs as the rectifying elements are connected in parallel in the synchronous rectifier circuit as described above is as follows.
As an example here, as a load condition that the power supply circuit of the present embodiment should actually cope with, the load current varies from 30 A to 0 A with respect to the secondary side DC output voltage Eo = 5V. This is a so-called low voltage / large current load condition in which the fluctuation range is substantially wide. Therefore, if the load tends to be heavy, a considerably large current is also applied to the secondary side rectifier circuit. Flowing. Therefore, the MOS-FET that is a rectifier element is configured to have a plurality of parallel connections, thereby reducing the burden on the element when a large current flows and ensuring high reliability. .

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。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、一次側直列共振回路の共振インピーダンスが変化し、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1から二次巻線N2(N2A,N2B)側に伝送される電力量も変化するが、これにより二次側直流出力電圧Eoのレベルを安定化させるように動作する。
例えば重負荷の傾向となって二次側直流出力電圧Eoが低下するのに応じては、上記スイッチング周波数を低くするように制御するが、これは共振インピーダンスを小さくすることとなり、このために二次側直流出力電圧Eoを上昇させる。これに対して、軽負荷の傾向となって二次側直流出力電圧Eoが上昇するのに応じては、上記スイッチング周波数を高くするように制御することで、共振インピーダンスを大きくし、二次側直流出力電圧Eoを低下させる。
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. By changing the switching frequency of the switching elements Q1 and Q2, the resonance impedance of the primary side series resonance circuit is changed and transmitted from the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT to the secondary winding N2 (N2A, N2B) side. Although the amount of electric power to be changed also changes, this operates so as to stabilize the level of the secondary side DC output voltage Eo.
For example, when the secondary-side DC output voltage Eo decreases due to a heavy load tendency, the switching frequency is controlled to be lowered. However, this reduces the resonant impedance. The secondary side DC output voltage Eo is raised. On the other hand, when the secondary side DC output voltage Eo rises due to a light load tendency, the resonance impedance is increased by controlling the switching frequency to be increased, and the secondary side The DC output voltage Eo is reduced.

続いて、力率改善回路10の構成について説明する。
前述もしたように、この力率改善回路10は、商用交流電源ACから直流入力電圧(Ei)を得るための整流平滑回路における整流電流経路に対して挿入されるようにして設けられるもので、電力回生方式としては、静電結合形に属する力率改善回路の構成を採る。
Next, the configuration of the power factor correction circuit 10 will be described.
As described above, the power factor correction circuit 10 is provided so as to be inserted into the rectification current path in the rectification smoothing circuit for obtaining the DC input voltage (Ei) from the commercial AC power supply AC. As the power regeneration system, a power factor correction circuit belonging to the electrostatic coupling type is adopted.

力率改善回路10においては、先ず、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子(整流出力端子)に対して、スイッチングダイオードD2(第2の力率改善用スイッチング素子)のアノードが接続されている。スイッチングダイオードD2のカソードは、スイッチングダイオードD1(第1の力率改善用スイッチング素子)のアノードが接続され、スイッチングダイオードD1のカソードは、平滑コンデンサCiの正極端子に対して接続される。つまり、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子(整流出力端子)と平滑コンデンサCiの正極端子間に対して、スイッチングダイオードD2(アノード→カソード)−スイッチングダイオードD1(アノード→カソード)の直列接続回路が挿入される。
なお、この場合、上記スイッチングダイオードD1、D2のそれぞれには、高速型(高速リカバリ型)が選定される。
In the power factor correction circuit 10, first, the anode of the switching diode D2 (second power factor improvement switching element) is connected to the positive output terminal (rectification output terminal) of the bridge rectification circuit Di. The cathode of the switching diode D2 is connected to the anode of the switching diode D1 (first power factor improving switching element), and the cathode of the switching diode D1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. In other words, a switching diode D2 (anode → cathode) -switching diode D1 (anode → cathode) series connection circuit is inserted between the positive electrode output terminal (rectifier output terminal) of the bridge rectifier circuit Di and the positive electrode terminal of the smoothing capacitor Ci. Is done.
In this case, a high speed type (high speed recovery type) is selected for each of the switching diodes D1 and D2.

また、上記スイッチングダイオードD2−スイッチングダイオードD1の直列接続回路に対しては、フィルタコンデンサCNを並列に接続している。フィルタコンデンサCNは、ノーマルモードノイズを抑制するために設けられる。
さらに、スイッチングダイオードD1に対して、力率改善用直列共振コンデンサC20が並列に接続される。
A filter capacitor CN is connected in parallel to the series connection circuit of the switching diode D2 and the switching diode D1. The filter capacitor CN is provided to suppress normal mode noise.
Further, a power factor improving series resonance capacitor C20 is connected in parallel to the switching diode D1.

そして、このような構成による力率改善回路10においては、前述もしたようにスイッチングダイオードD2のカソードと、上記したスイッチングダイオードD1のアノードと力率改善用直列共振コンデンサC20との接続点に対して、一次側直列共振回路(L1−C1)が接続される。   In the power factor correction circuit 10 having such a configuration, as described above, with respect to the connection point between the cathode of the switching diode D2, the anode of the switching diode D1 and the power factor improving series resonance capacitor C20. The primary side series resonance circuit (L1-C1) is connected.

なお、このような接続形態によると、上記した力率改善用直列共振コンデンサC20は、一次側直列共振コンデンサC1の直列接続を介して絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1に対して直列に接続されていることになる。
これによると、一次側のスイッチング出力点から平滑コンデンサCiの正極端子までを一次側直列共振回路としてみた場合に、この力率改善用直列共振コンデンサC20は、一次側直列共振コンデンサC1と共に一次側直列共振回路のキャパシタンスを形成するものとみることができる。
According to such a connection configuration, the power factor improving series resonance capacitor C20 is connected in series to the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT through the series connection of the primary side series resonance capacitor C1. Will be.
According to this, when the primary side series resonant circuit is viewed from the switching output point on the primary side to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci, this series resonant capacitor C20 for power factor correction is connected to the primary side series resonant capacitor C1 together with the primary side series resonant capacitor C1. It can be seen that it forms the capacitance of the resonant circuit.

上記構成による力率改善回路10においては、一次側直列共振回路に得られるスイッチング出力(一次側直列共振電流)を電力として回生して、スイッチングダイオードD1//力率改善用直列共振コンデンサC20の並列接続を介するようにして平滑コンデンサCiに帰還する動作が得られることになる。この場合、平滑コンデンサCiと一次側直列共振回路との間には、力率改善用直列共振コンデンサC20のキャパシタンス(静電容量)が介在することから、電力回生は静電結合により行われる。   In the power factor correction circuit 10 having the above configuration, the switching output (primary side series resonance current) obtained in the primary side series resonance circuit is regenerated as power, and the switching diode D1 // the power factor improvement series resonance capacitor C20 is connected in parallel. An operation of returning to the smoothing capacitor Ci through the connection is obtained. In this case, since the capacitance (capacitance) of the power factor improving series resonance capacitor C20 is interposed between the smoothing capacitor Ci and the primary side series resonance circuit, power regeneration is performed by electrostatic coupling.

図3の波形図は、力率改善回路10の動作を商用交流電源周期により示している。
先ず、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と一次側アース間に生じる電圧V2としては、図示するように交流入力電圧VACとピークレベルとなるタイミングが同期した波形が得られる。この電圧V2としては、商用交流電源周期のリップル成分が重畳している整流平滑電圧Eiのレベルとしてみることができる。
そして、上記のようにして力率改善回路10側に対して一次側直列共振回路から電力回生が行われていることで、一次側直列共振コンデンサC1と力率改善回路10側との接続点と一次側アースとの間の電圧V1は、図示するようにして、上記電圧V2に対してスイッチング周期による交番電圧成分が重畳した波形として得られる。この電圧V1のピークレベルとしては、図示するようにしてほぼ一定のレベルで推移する。
The waveform diagram of FIG. 3 shows the operation of the power factor correction circuit 10 by the commercial AC power supply cycle.
First, as the voltage V2 generated between the positive electrode output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the primary side ground, a waveform in which the timing when the peak level is synchronized with the AC input voltage VAC is obtained as illustrated. The voltage V2 can be regarded as the level of the rectified and smoothed voltage Ei on which the ripple component of the commercial AC power supply period is superimposed.
And since the power regeneration is performed from the primary side series resonance circuit to the power factor improvement circuit 10 side as described above, the connection point between the primary side series resonance capacitor C1 and the power factor improvement circuit 10 side As shown in the figure, the voltage V1 between the primary side ground and the voltage V2 is obtained as a waveform in which an alternating voltage component due to the switching period is superimposed on the voltage V2. The peak level of the voltage V1 changes at a substantially constant level as shown in the figure.

高速リカバリ型のスイッチングダイオードD1は、この電圧V1における交番電圧成分の印加により、例えば交流入力電圧VACの正/負の絶対値が、そのピーク値の約1/2以上のときにスイッチング動作を行い、整流電流を断続するようにされる。
このようにして、スイッチングダイオードD1が整流電流を断続するようにしてスイッチングすることで、このスイッチングダイオードD1とブリッジ整流回路Diの正極出力端子との間に直列に挿入されるスイッチングダイオードD2に流れる電流Idとしては、図示するようにしてそのピーク値近傍が略尖塔状のエンベロープとなる交番波形として得られる。
このように電流Idとして交番波形が得られていることからも、スイッチングダイオードD2はスイッチングダイオードD1と共に整流電流を断続していることがわかる。
The fast recovery type switching diode D1 performs a switching operation by applying an alternating voltage component in the voltage V1, for example, when the positive / negative absolute value of the AC input voltage VAC is about ½ or more of its peak value. The rectified current is made intermittent.
In this way, the switching diode D1 is switched so that the rectified current is intermittent, whereby the current flowing through the switching diode D2 inserted in series between the switching diode D1 and the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di. As shown in the figure, Id is obtained as an alternating waveform in which the vicinity of the peak value becomes a substantially spire-shaped envelope.
Thus, from the fact that an alternating waveform is obtained as the current Id, it can be seen that the switching diode D2 intermittently rectifies the current together with the switching diode D1.

このようにしてスイッチングダイオードD1及びスイッチングダイオードD2がスイッチング動作を行うことにより流れる整流電流は、スイッチングダイオードD1//力率改善用直列共振用コンデンサC20の並列接続回路を介して平滑コンデンサCiに流入する。
そして、このような整流電流の導通期間(つまり図示する電流IdがD1・D2のスイッチング動作に伴って流れている期間)は、ブリッジ整流回路Diの整流出力電圧レベルが本来では平滑コンデンサCiの両端電圧よりも低いとされる期間にも及ぶように拡大されるものとなっており、同じ図3に示す交流入力電流IACの導通期間も、この整流電流の導通期間にほぼ一致したものとなる。つまり、交流入力電流IACの導通角は、力率改善回路を備えない場合よりも拡大されているものであり、交流入力電流IACの波形としては、交流入力電圧VACの波形に近付くものとなっている。つまり、力率の改善が図られていることになる。
The rectified current that flows when the switching diode D1 and the switching diode D2 perform the switching operation in this way flows into the smoothing capacitor Ci via the parallel connection circuit of the switching diode D1 // the power factor improving series resonance capacitor C20. .
In such a rectified current conduction period (that is, a period in which the illustrated current Id flows along with the switching operation of D1 and D2), the rectified output voltage level of the bridge rectifier circuit Di is inherently at both ends of the smoothing capacitor Ci. The period of expansion of the AC input current IAC shown in FIG. 3 also substantially coincides with the period of conduction of the rectified current. That is, the conduction angle of the AC input current IAC is larger than that without the power factor correction circuit, and the waveform of the AC input current IAC approaches the waveform of the AC input voltage VAC. Yes. That is, the power factor is improved.

なお、この場合、力率改善用直列共振用コンデンサC20を流れる電流Icとしては、図示するようにスイッチング周期による交番波形が得られ、一次側直列共振電流に応じた波形が得られていることがわかる。その上で、この電流Icとしては、上記した電流Idが流される期間にその正/負の振幅レベルが低下するようにされている。
このような電流Icの波形から、力率改善回路10に対して流入する一次側直列共振電流は、スイッチングダイオードD1・D2によるスイッチング動作に伴って整流電流が流れる期間には、スイッチングダイオードD1と力率改善用直列共振用コンデンサC20との双方を流れ、整流電流が流れない期間には力率改善用直列共振用コンデンサC20のみを流れていることが理解できる。
In this case, as the current Ic flowing through the power factor improving series resonance capacitor C20, an alternating waveform according to the switching period is obtained as shown, and a waveform corresponding to the primary side series resonance current is obtained. Understand. In addition, the positive / negative amplitude level of the current Ic is decreased during the period in which the current Id flows.
From such a waveform of the current Ic, the primary side series resonance current flowing into the power factor correction circuit 10 is equal to the switching diode D1 and the power during the period when the rectified current flows along with the switching operation by the switching diodes D1 and D2. It can be understood that only the power factor improving series resonance capacitor C20 is flowing during the period in which the rectified current does not flow through both the ratio improving series resonance capacitor C20.

ここで、これまでの説明からも理解されるように実施の形態の力率改善回路10としては、先の図7に示したような同じ静電結合形とされる従来の力率改善回路21と比較して、高周波インダクタL10をスイッチングダイオードD2に置き換えた構成が採られるものである。
このようにして、従来の高周波インダクタL10に代えてスイッチングダイオードD2を設けた力率改善回路10では、以下のようなメリットが得られる。
Here, as understood from the above description, the power factor correction circuit 10 according to the embodiment is a conventional power factor correction circuit 21 having the same electrostatic coupling type as shown in FIG. As compared with the above, a configuration in which the high-frequency inductor L10 is replaced with a switching diode D2 is adopted.
In this way, the power factor correction circuit 10 provided with the switching diode D2 in place of the conventional high-frequency inductor L10 has the following advantages.

先ず、このように高周波インダクタL10に代えてスイッチングダイオードD2を設けたことにより、より高力率を設定することができる。
つまり、従来の静電結合形の構成では、力率の設定は、高周波インダクタL10のインダクタンス、及び力率改善用直列共振コンデンサC20、一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスの設定により行うものとされていて、より高力率を得るにあたっては、高周波インダクタL10のインダクタンス値はより大きく設定するようにされていた。
しかしながら、高周波インダクタL10のインダクタンスとして高い値を設定するのに伴っては、その銅損が増加する傾向となって、この部分での電力損失も増大してしまうこととなる。このことから、従来の高周波インダクタL10を備える構成においては、高力率の設定が困難とされていたものである。
これに対し、上記のようにして高周波インダクタL10を省略した実施の形態の構成では、力率の設定にインダクタンスの設定は不要となり、上記のような電力損失も生じることはなくなるので、より高い力率の設定が可能となる。
First, by providing the switching diode D2 in place of the high-frequency inductor L10 as described above, a higher power factor can be set.
That is, in the conventional electrostatic coupling type configuration, the power factor is set by setting the inductance of the high-frequency inductor L10, and the capacitances of the power factor improving series resonance capacitor C20 and the primary side series resonance capacitor C1. In order to obtain a higher power factor, the inductance value of the high-frequency inductor L10 is set to be larger.
However, as a high value is set as the inductance of the high-frequency inductor L10, the copper loss tends to increase, and the power loss at this portion also increases. For this reason, in the configuration including the conventional high-frequency inductor L10, it is difficult to set a high power factor.
On the other hand, in the configuration of the embodiment in which the high frequency inductor L10 is omitted as described above, it is not necessary to set the inductance for setting the power factor, and the power loss as described above does not occur. The rate can be set.

また、上記説明からも理解されるように、実施の形態では、力率の設定を力率改善用直列共振コンデンサC20、一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスの設定のみで行うことが可能となるものである。
例えば、力率改善用直列共振コンデンサC20のキャパシタンスの設定によっては、力率改善回路10側に帰還される一次側直列共振電流に対するインピーダンス成分についての設定が可能となるので、これによって力率改善回路10に対して帰還されるべき電力レベルについて設定が可能となる。つまり、先の図3にて示した電圧V1のピークレベルについての設定を行うことができる。そして、このように帰還されるべき電力レベルについての設定が可能となることで、得られるべき力率の設定が可能となるものである。
このようにして、力率改善用直列共振コンデンサC20、一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスの設定のみで力率の設定を行うことができれば、これらの設定に加えて高周波インダクタL10のインダクタンスについても設定しなければならない従来の場合と比較して、回路設計を容易化できる。
Further, as understood from the above description, in the embodiment, the power factor can be set only by setting the capacitances of the power factor improving series resonance capacitor C20 and the primary side series resonance capacitor C1. It is.
For example, depending on the setting of the capacitance of the power factor improving series resonance capacitor C20, the impedance component for the primary side series resonance current fed back to the power factor improving circuit 10 can be set. The power level to be fed back to 10 can be set. That is, it is possible to set the peak level of the voltage V1 shown in FIG. Since the power level to be fed back can be set in this way, the power factor to be obtained can be set.
In this way, if the power factor can be set only by setting the capacitances of the power factor improving series resonant capacitor C20 and the primary side series resonant capacitor C1, in addition to these settings, the inductance of the high frequency inductor L10 is also set. Compared with the conventional case that must be done, circuit design can be facilitated.

さらに、このようにして力率改善用直列共振コンデンサC20、一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスの設定のみで力率の設定が可能となれば、力率の値のバラツキも抑えることができる。
つまり、従来においては、上記のようにして力率の設定には高周波インダクタL10のインダクタンスの設定が必要であったため、力率の値のバラツキは、力率改善用直列共振コンデンサC20、一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスのバラツキと共に、このような高周波インダクタL10のインダクタンスのバラツキも含まれてしまうものであった。
これに対し、実施の形態の回路におけるスイッチングダイオードD2としては、順方向電圧降下VFのバラツキはないことから、力率のバラツキは力率改善用直列共振コンデンサC20、一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスのバラツキのみに依存することになる。
例えば、この場合、力率改善用直列共振コンデンサC20、一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスのバラツキは図7の回路及び実施の形態の回路で共に約±3%、また図7における高周波インダクタL10のインダクタンスのバラツキは約±5%とされることから、実施の形態の回路の場合、理論的には力率のバラツキを約±2%分抑えることができることになる。
Furthermore, if the power factor can be set only by setting the capacitances of the power factor improving series resonance capacitor C20 and the primary side series resonance capacitor C1, variations in power factor values can be suppressed.
That is, in the past, setting of the power factor required setting of the inductance of the high-frequency inductor L10 as described above. Therefore, the variation in the value of the power factor is due to the power factor improving series resonance capacitor C20 and the primary side series. In addition to the variation in the capacitance of the resonant capacitor C1, such a variation in the inductance of the high-frequency inductor L10 is also included.
On the other hand, since there is no variation in the forward voltage drop VF as the switching diode D2 in the circuit of the embodiment, the variation in the power factor is the capacitance of the series resonance capacitor C20 for power factor improvement and the capacitance of the primary side series resonance capacitor C1. It depends only on the variation.
For example, in this case, the variation in capacitance of the power factor improving series resonant capacitor C20 and the primary side series resonant capacitor C1 is about ± 3% in both the circuit of FIG. 7 and the circuit of the embodiment, and the high frequency inductor L10 in FIG. Since the inductance variation is about ± 5%, in the case of the circuit of the embodiment, theoretically, the power factor variation can be suppressed by about ± 2%.

ところで、先に図6及び図7にて示した電源回路におけるようなスイッチングコンバータの構成では、一次側のスイッチング素子のスイッチング周波数の可変制御により、二次側直流出力電圧の安定化を図るようにされている。このような構成を採る場合において、例えば軽負荷の傾向となっている状態では、スイッチング周波数を高くするように制御して安定化を図ることになる。この状態では、二次側の整流回路において、二次側整流電流が二次側平滑コンデンサに流れる期間が連続し、休止する期間が存在しない、いわゆる連続モードの動作となる。
これに対し、重負荷となって二次側直流出力電圧が低下するのに応じて一次側のスイッチング周波数を低くするように制御していくと、二次側平滑コンデンサに対して二次側整流電流が連続して流れなくなって電流不連続期間が生じる、いわゆる不連続モードに移行する。つまり、二次側の両波整流動作として、負荷変動に応じて不連続モードとなる状態が存在する。
なお、二次側直流出力電圧は、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)に応じても変動し、これに応じた定電圧制御動作も行われるから、交流入力電圧VACのレベルに応じても不連続モードとなる状態が存在することになる。
By the way, in the configuration of the switching converter as in the power supply circuit shown in FIGS. 6 and 7, the secondary side DC output voltage is stabilized by the variable control of the switching frequency of the primary side switching element. Has been. In the case of adopting such a configuration, for example, in a state where the load tends to be light, stabilization is achieved by controlling the switching frequency to be high. In this state, the secondary-side rectifier circuit operates in a so-called continuous mode in which the period during which the secondary-side rectified current flows through the secondary-side smoothing capacitor is continuous and there is no period of pause.
On the other hand, if the primary side switching frequency is controlled to decrease as the secondary side DC output voltage drops due to heavy load, the secondary side rectification is performed with respect to the secondary side smoothing capacitor. A transition is made to a so-called discontinuous mode in which a current stops flowing and a current discontinuous period occurs. That is, there is a state in which the discontinuous mode is set according to the load variation as the secondary-side double-wave rectification operation.
The secondary side DC output voltage varies depending on the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC), and a constant voltage control operation corresponding to this is also performed, so that the secondary side DC output voltage also depends on the level of the AC input voltage VAC. There will be a state of discontinuous mode.

図6及び図7に示した電源回路のようにして、電力回生方式(磁気結合方式、静電結合形)により力率改善を行う構成では、一次側直列共振電流に商用交流電源周期のリップルが重畳することにより、二次側直流出力電圧に重畳される商用交流電源周期のリップル電圧が、力率改善回路を備えない構成とした場合よりも大幅に増加することを述べた。
これは、上記のようにして、例えば負荷変動、交流入力電圧VACの変動により、二次側整流動作が不連続モードとなることが主たる原因となっている。このことは、換言すれば、負荷変動、交流入力電圧VACの変動にかかわらず、二次側整流動作として連続モードが維持されるようにすれば、その原因が無くなるのであるから、上記した二次側直流出力電圧に重畳する商用交流電源周期のリップル電圧の増加を有効に抑制できるということを意味する。
In the configuration in which the power factor is improved by the power regeneration method (magnetic coupling method, electrostatic coupling type) as in the power supply circuit shown in FIG. 6 and FIG. 7, the ripple on the commercial AC power supply cycle is included in the primary side series resonance current. It has been described that, by superimposing, the ripple voltage of the commercial AC power source period superimposed on the secondary side DC output voltage is significantly increased as compared with the case where the power factor correction circuit is not provided.
As described above, this is mainly caused by the secondary side rectification operation being in the discontinuous mode due to, for example, load fluctuations and fluctuations in the AC input voltage VAC. In other words, the cause is eliminated if the continuous mode is maintained as the secondary side rectification operation regardless of the load fluctuation and the fluctuation of the AC input voltage VAC. This means that an increase in the ripple voltage of the commercial AC power supply cycle superimposed on the side DC output voltage can be effectively suppressed.

そのために本実施の形態としては、図1に示す電源回路において次のような構成を採ることとしている。
図2は、図1の電源回路が備える絶縁コンバータトランスPITの構造例を示す断面図である。
この図に示すように、絶縁コンバータトランスPITは、フェライト材によるE型コアCR1、CR2を互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コア(EE字形コア)を備える。
そして、一次側と二次側の巻装部について相互に独立するようにして分割した形状により、例えば樹脂などによって形成される、ボビンBが備えられる。このボビンBの一方の巻装部に対して一次巻線N1を巻装する。また、他方の巻装部に対して二次巻線N2(N2A,N2B)を巻装する。このようにして一次側巻線及び二次側巻線が巻装されたボビンBを上記EE型コア(CR1,CR2)に取り付けることで、一次側巻線及び二次側巻線とがそれぞれ異なる巻装領域により、EE型コアの中央磁脚に巻装される状態となる。このようにして絶縁コンバータトランスPIT全体としての構造が得られる。なお、この場合のEE型コアの実際としては、後述するような負荷条件、及び交流入力電圧の定格レベルの条件に対応することを前提として、例えばEER−40を選定している。
Therefore, in the present embodiment, the power supply circuit shown in FIG. 1 has the following configuration.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structural example of an insulating converter transformer PIT included in the power supply circuit of FIG.
As shown in this figure, the insulating converter transformer PIT includes an EE type core (EE-shaped core) in which E-type cores CR1 and CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other.
And the bobbin B formed with the shape which divided | segmented so that it might mutually become independent about the winding part of a primary side and a secondary side, for example with a resin etc. is provided. The primary winding N1 is wound around one winding portion of the bobbin B. Further, the secondary winding N2 (N2A, N2B) is wound around the other winding portion. By attaching the bobbin B on which the primary side winding and the secondary side winding are wound in this way to the EE type cores (CR1, CR2), the primary side winding and the secondary side winding are different from each other. By the winding area, the center magnetic leg of the EE core is wound. In this way, the structure of the insulating converter transformer PIT as a whole is obtained. In this case, for example, EER-40 is selected on the assumption that the EE type core corresponds to a load condition as described later and a rated level condition of the AC input voltage.

そのうえで、EE型コアの中央磁脚に対しては、図のようにして、例えばギャップ長1.6mm程度のギャップGを形成する。これによって、結合係数kとしては、例えばk=0.75以下による疎結合の状態を得るようにしている。つまり、従来例として図6及び図7に示した電源回路の絶縁コンバータトランスPITよりも、さらに疎結合の状態としているものである。なお、実際の結合係数kとしては、k=0.75を設定した。また、ギャップGは、E型コアCR1,CR2の中央磁脚を、2本の外磁脚よりも短くすることで形成することが出来る。   In addition, a gap G having a gap length of about 1.6 mm is formed on the central magnetic leg of the EE type core as shown in the figure. Thereby, as the coupling coefficient k, for example, a loosely coupled state with k = 0.75 or less is obtained. That is, as a conventional example, it is in a more loosely coupled state than the insulating converter transformer PIT of the power supply circuit shown in FIGS. Note that k = 0.75 was set as the actual coupling coefficient k. The gap G can be formed by making the central magnetic legs of the E-type cores CR1 and CR2 shorter than the two outer magnetic legs.

さらに、二次側巻線の1T(ターン)あたりの誘起電圧レベルとしても、図6及び図7に示した電源回路よりも低くなるように、一次巻線N1と二次巻線N2A,N2Bの巻線数(ターン数)を設定する。例えば、一次巻線N1=65T、二次巻線N2A=N2B=2Tとすることで、二次側巻線の1T(ターン)あたりの誘起電圧レベルを、2.5V/T以下としている。   Further, the induced voltage level per 1T (turn) of the secondary winding is also lower than that of the power supply circuit shown in FIGS. 6 and 7, so that the primary winding N1 and the secondary windings N2A and N2B Set the number of windings (turns). For example, by setting the primary winding N1 = 65T and the secondary winding N2A = N2B = 2T, the induced voltage level per 1T (turn) of the secondary winding is 2.5 V / T or less.

このような絶縁コンバータトランスPITの構造、及び一次巻線N1、二次巻線(N2A,N2B)の巻線数設定とすることで、この場合の絶縁コンバータトランスPITのコアにおける磁束密度は低下して、図6及び図7に示した電源回路よりも、絶縁コンバータトランスPITにおけるリーケージインダクタンスは増加する。
そして、このように絶縁コンバータトランスPITのコアに生じる磁束密度を所要以下にまで低下させることができれば、二次側に励起される電力としても変化が生じ、これによって重負荷、及び低交流入力電圧の条件においても二次側整流動作を連続モードとすることができる。
By setting the structure of the insulating converter transformer PIT and the number of turns of the primary winding N1 and the secondary winding (N2A, N2B), the magnetic flux density in the core of the insulating converter transformer PIT in this case is reduced. Thus, the leakage inductance in the insulating converter transformer PIT increases as compared with the power supply circuits shown in FIGS.
If the magnetic flux density generated in the core of the insulating converter transformer PIT can be reduced to a required level or less in this way, the electric power excited on the secondary side also changes, thereby causing a heavy load and a low AC input voltage. Even in this condition, the secondary side rectification operation can be set to the continuous mode.

このようにして、重負荷、低交流入力電圧の状態においても連続モードが得られているということは、負荷変動、交流入力電圧変動等による二次側直流出力電圧Eoの変動にかかわらず、常に連続モードで二次側の整流動作が行われるということになる。これにより、本実施の形態のようにして電力回生方式による力率改善回路を備える構成を採る場合において、一次側直列共振電流に重畳されるリップルにより二次側直流出力電圧Eoに重畳するとされていた、商用交流電源周期のリップルの増加が大幅に抑制されることになる。   In this way, the continuous mode is obtained even under heavy load and low AC input voltage states, regardless of changes in the secondary side DC output voltage Eo due to load fluctuations, AC input voltage fluctuations, etc. This means that the secondary side rectification operation is performed in the continuous mode. As a result, in the case of adopting the configuration including the power factor correction circuit based on the power regeneration system as in the present embodiment, it is assumed that the secondary side DC output voltage Eo is superposed by the ripple superposed on the primary side series resonance current. In addition, an increase in the ripple of the commercial AC power supply cycle is greatly suppressed.

なお、このように二次側直流出力電圧Eoに重畳するとされていた商用交流電源周期のリップルの抑制が図られるのは、上記のように二次側整流動作が連続モードとなることで、二次側整流電流のピークレベルが抑制されることによる。また、これと共に、先の図2にて説明したように絶縁コンバータトランスの磁束密度を所要以下としたことで、一次側から二次側への電力伝送にも変化が生じ、その分二次側への、上記一次側直列共振電流に生じる商用交流電源周期のリップルによる影響が薄れるようになることにもよる。   Note that the ripple of the commercial AC power supply cycle, which was supposed to be superimposed on the secondary side DC output voltage Eo in this way, can be suppressed because the secondary side rectification operation becomes a continuous mode as described above. This is because the peak level of the secondary side rectified current is suppressed. In addition, as described above with reference to FIG. 2, the magnetic flux density of the insulating converter transformer is reduced to a required level or less, so that the power transmission from the primary side to the secondary side also changes, and the secondary side accordingly. This is also due to the fact that the influence of the ripple on the commercial AC power supply cycle generated in the primary side series resonance current is reduced.

この結果、二次側直流出力電圧に重畳される商用交流電源周期のリップル電圧のレベルも低下することとなって、二次側の平滑コンデンサのキャパシタンスを増加させる必要もなくなる。つまり、電力回生方式による力率改善回路を備えるスイッチング電源回路の実用化を容易に実現できることになる。例えば図6,図7に示した電源回路では、力率改善回路を備えない場合と比較して、上記リップル電圧は5倍〜6倍の増加となっていたが、本実施の形態では2倍程度にまで抑えられる。   As a result, the level of the ripple voltage of the commercial AC power supply cycle superimposed on the secondary side DC output voltage also decreases, and it is not necessary to increase the capacitance of the secondary side smoothing capacitor. That is, the practical use of a switching power supply circuit including a power factor correction circuit based on a power regeneration system can be easily realized. For example, in the power supply circuit shown in FIGS. 6 and 7, the ripple voltage has increased 5 to 6 times as compared with the case where the power factor correction circuit is not provided. It is suppressed to the extent.

また、このようにしてスイッチング電源回路において、電力回生方式による力率改善回路を採用することが実現化されることで、力率改善のための手段として、商用交流電源ラインにパワーチョークコイルを挿入する必要が無くなる。
先にも述べたように、パワーチョークコイルは電源回路部品のなかでも相当に大型であり、かつ、漏洩磁束の影響も無視できなかったことから、このようなパワーチョークコイルの省略が可能となれば電源回路基板の大型化、重量増加の問題、基板上の配置設計の問題等の解消が図られる。
In addition, by adopting a power regenerative power factor correction circuit in a switching power supply circuit in this way, a power choke coil is inserted into a commercial AC power supply line as a means for improving the power factor. There is no need to do.
As mentioned earlier, the power choke coil is considerably large among power circuit components, and the influence of leakage magnetic flux cannot be ignored, so it is possible to omit such a power choke coil. For example, it is possible to solve problems such as an increase in the size of the power circuit board, an increase in weight, and a problem in layout design on the board.

具体例として、例えば図6及び図7に示したスイッチングコンバータの構成を基として、力率改善回路20,21に代えて、パワーチョークコイルPCHを挿入する構成とした場合、パワーチョークコイルPCHの重量は153g程度であり、占有体積は32.4立方センチメートル、プリント基板への実装面積は10.8平方センチメートル程度となる。
これに対して本実施の形態では、力率改善回路10を構成する部品の具体例として、フィルタコンデンサCN、及び力率改善用直列共振コンデンサC20は、共に200Vの耐圧品でよい。そして、実施の形態では高周波インダクタL10としてのインダクタ素子は備えなくてよく、またスイッチングダイオードD2、スイッチングダイオードD1も素子としては比較的小型・軽量なものである。従って、図1に示す電源回路の場合、力率改善回路10を形成する各部品は何れも小型、軽量とすることができ、力率改善回路10全体でも、上記したパワーチョークコイルPCHの重量、占有体積、実装面積を大きく下回る。
As a specific example, when the power choke coil PCH is inserted instead of the power factor correction circuits 20 and 21 based on the configuration of the switching converter shown in FIGS. 6 and 7, for example, the weight of the power choke coil PCH Is about 153 g, the occupied volume is 32.4 cubic centimeters, and the mounting area on the printed circuit board is about 10.8 square centimeters.
On the other hand, in this embodiment, as a specific example of the components constituting the power factor correction circuit 10, both the filter capacitor CN and the power factor improving series resonance capacitor C20 may be a withstand voltage product of 200V. In the embodiment, an inductor element as the high-frequency inductor L10 may not be provided, and the switching diode D2 and the switching diode D1 are relatively small and light as elements. Therefore, in the case of the power supply circuit shown in FIG. 1, each component forming the power factor correction circuit 10 can be made small and light, and the power factor correction circuit 10 as a whole can also have the weight of the power choke coil PCH described above. Occupied volume and mounting area are significantly below.

また、上記もしているように実施の形態では力率改善回路10に対してインダクタ素子は不要となるから、漏洩磁束の影響を考慮して基板上の配置設計をする必要もなく、また、磁気シールドなどを施す必要もない。これによっても電源回路基板の小型軽量化が促進できる。   In addition, as described above, in the embodiment, an inductor element is not required for the power factor correction circuit 10, so that it is not necessary to design the arrangement on the substrate in consideration of the influence of leakage magnetic flux, and the magnetic There is no need to apply a shield. This also facilitates reduction in size and weight of the power circuit board.

ここで、図1に示す本実施の形態の電源回路では、二次側の整流回路として低オン抵抗のMOS−FETを整流素子として用いた同期整流回路を備えているが、これは、先の説明のようにして負荷変動、交流入力電圧VACのレベル変動にかかわらず二次側の両波整流動作を連続モードとしたことと密接に関連している。この点について説明する。   Here, the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 1 includes a synchronous rectifier circuit using a low-on-resistance MOS-FET as a rectifier element as a rectifier circuit on the secondary side. This is closely related to the fact that the secondary-side double-wave rectification operation is set to the continuous mode regardless of load fluctuations and AC input voltage VAC level fluctuations as described. This point will be described.

ここでは先ず、図6及び図7に示した電源回路から説明を始める。
前述もしたように、図6及び図7に示した構成に基づいてスイッチング周波数制御方式を採る電源回路では、例えば重負荷の傾向となったり、あるいは、交流入力電圧VACが低下傾向にあるときに、二次側の両波整流回路に流れる二次側整流電流が連続して流れない不連続モードとなる。
このような不連続モードの状態は、二次側整流電流が、一次側直列共振電流の流れる期間よりも短い期間で流れるような状態であるといえる。そして、このように整流電流が短期間で流れることで、このときの整流電流のピークレベルは比較的高いものとなり、これに伴って二次側の各整流ダイオードの導通損が比較的大きなものとなってしまう。
先の図6及び図7に示した回路では、このような不連続モードとされることによる整流ダイオードの導通損により、二次側において相応の電力損失が生じていたものである。
Here, the description starts with the power supply circuit shown in FIGS.
As described above, in the power supply circuit adopting the switching frequency control method based on the configuration shown in FIGS. 6 and 7, for example, when the load tends to be heavy or the AC input voltage VAC tends to decrease. The secondary side rectified current flowing through the secondary-side double-wave rectifier circuit becomes a discontinuous mode in which the current does not flow continuously.
Such a discontinuous mode state can be said to be a state in which the secondary side rectified current flows in a period shorter than the period in which the primary side series resonance current flows. And since the rectified current flows in a short period in this way, the peak level of the rectified current at this time becomes relatively high, and accordingly, the conduction loss of each rectifier diode on the secondary side is relatively large. turn into.
In the circuits shown in FIG. 6 and FIG. 7, a corresponding power loss occurs on the secondary side due to the conduction loss of the rectifier diode due to such a discontinuous mode.

そこで、このような整流ダイオードの導通損による二次側の電力損失を低減するための技術の1つとして、二次側両波整流回路について、低オン抵抗のMOS−FETを整流素子とする同期整流回路とすることが知られている。例えば、図6,図7に示した電源回路の二次側整流ダイオードには、ショットキーダイオードを選定しているが、例えばトレンチ構造によるMOS−FETなどのほうが、オン抵抗ははるかに小さい。従って、二次側整流回路を同期整流回路とすることで、整流素子における導通損を低減し、二次側の電力損失を低減することが可能となる。   Therefore, as one of the techniques for reducing the secondary-side power loss due to the conduction loss of such a rectifier diode, a synchronous circuit using a low-on-resistance MOS-FET as a rectifier for the secondary-side double-wave rectifier circuit. It is known as a rectifier circuit. For example, a Schottky diode is selected as the secondary rectifier diode of the power supply circuit shown in FIGS. 6 and 7, but the on-resistance is much smaller in, for example, a trench-structure MOS-FET. Therefore, by making the secondary side rectifier circuit a synchronous rectifier circuit, it is possible to reduce conduction loss in the rectifier element and reduce power loss on the secondary side.

このような同期整流回路としては、例えば絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2(二次巻線N2A、N2B)に得られる交番電圧を検出する抵抗素子等を設け、その検出電圧により整流素子としてのMOS−FETをオン/オフ駆動するようにされる。これは、巻線電圧検出方式ともいわれる。   As such a synchronous rectifier circuit, for example, a resistance element for detecting an alternating voltage obtained at the secondary winding N2 (secondary winding N2A, N2B) of the insulating converter transformer PIT is provided, and the detected voltage serves as a rectifier element. The MOS-FET is turned on / off. This is also called a winding voltage detection method.

しかしながら、不連続モードの状態では、平滑コンデンサに対する充電電流が0レベルとなった以降も、その不連続期間で一次巻線N1に同極性による一次側直列共振電流が流れていることから、二次巻線N2の誘起電圧としてもその極性が反転することはなく、この期間ではMOS−FETは完全にオフにならずにオン状態を維持する。
そして、このように平滑コンデンサに対する充電電流が0レベルとなった以降もMOS−FETがオン状態とされることにより、この期間では整流電流として逆方向の電流が流れて、この逆方向電流による無効電力が生じてしまう。
このことから、巻線電圧検出方式を採る同期整流回路の場合、整流素子における導通損は低減されるものの、このような逆方向電流による無効電力の発生によって、全体として電力変換効率の有効な向上を図ることは難しい。
However, in the discontinuous mode state, even after the charging current to the smoothing capacitor becomes 0 level, the primary side series resonance current having the same polarity flows in the primary winding N1 during the discontinuous period. The polarity of the induced voltage of the winding N2 is not reversed, and during this period, the MOS-FET is not turned off and is kept on.
Since the MOS-FET is turned on even after the charging current to the smoothing capacitor becomes 0 level in this way, a reverse current flows as a rectified current during this period, and the invalidity due to the reverse current is lost. Electricity is generated.
Therefore, in the case of a synchronous rectifier circuit that employs a winding voltage detection method, the conduction loss in the rectifier element is reduced, but the generation of reactive power due to such reverse current effectively increases the overall power conversion efficiency. It is difficult to plan.

そこで、上記したような逆方向の整流電流による無効電力の発生の問題を解消する技術としては、整流電流検出方式による同期整流回路が知られている。この整流電流検出方式は、二次側の平滑コンデンサCoに充電される整流電流が0レベルになる前にMOS−FETをオフさせる技術である。   Therefore, as a technique for solving the problem of generation of reactive power due to the reverse rectified current as described above, a synchronous rectifier circuit based on a rectified current detection method is known. This rectified current detection method is a technique for turning off the MOS-FET before the rectified current charged in the secondary-side smoothing capacitor Co becomes 0 level.

このための回路構成としては、例えば二次巻線N2に流れる電流(整流電流)をカレントトランスなどにより検出するようにされる。カレントトランスにより検出された電流は、電圧(検出電圧)として出力されるが、この検出電圧を、コンパレータにより所定の基準電圧と比較するようにされる。
ここで、平滑コンデンサCoへ充電するようにして整流電流が流れ始めると、この整流電流がカレントトランスにより検出されて、この整流電流レベルに応じた検出電圧がコンパレータに入力される。コンパレータでは、基準電圧と検出電圧とを比較して、例えば検出電圧が基準電圧を越えるとHレベルを出力する。このHレベルの出力がバッファからオン電圧として、整流素子であるMOS−FETのゲートに対して印加され、MOS−FETをオンさせる。これにより、整流電流がMOS−FETのソース→ドレイン方向により流れることになる。
そして時間経過に応じて整流電流のレベルが低下し、これに応じカレントトランスの出力である検出電圧が基準電圧よりも低くなると、コンパレータは出力を反転させる。この反転出力がバッファを介して出力されることで、整流素子であるMOS−FETのゲート容量を放電させて、そのMOS−FETをオフとする。
As a circuit configuration for this purpose, for example, a current (rectified current) flowing through the secondary winding N2 is detected by a current transformer or the like. The current detected by the current transformer is output as a voltage (detection voltage), and this detection voltage is compared with a predetermined reference voltage by a comparator.
Here, when the rectified current starts flowing so as to charge the smoothing capacitor Co, the rectified current is detected by the current transformer, and a detection voltage corresponding to the rectified current level is input to the comparator. The comparator compares the reference voltage with the detection voltage, and outputs an H level when the detection voltage exceeds the reference voltage, for example. This H level output is applied as an on-voltage from the buffer to the gate of the MOS-FET, which is a rectifying element, to turn on the MOS-FET. As a result, the rectified current flows in the source-to-drain direction of the MOS-FET.
When the level of the rectified current decreases with the passage of time and the detection voltage, which is the output of the current transformer, becomes lower than the reference voltage accordingly, the comparator inverts the output. By outputting this inverted output through the buffer, the gate capacitance of the MOS-FET which is a rectifying element is discharged, and the MOS-FET is turned off.

このような動作とされることで、整流素子であるMOS−FETは、整流電流が0レベルとなる前のタイミングでオフされることになる。これにより、巻線電圧検出方式による同期整流回路のようにして、整流電流が不連続となる期間において、MOS−FETに逆方向電流が流れることが無くなって無効電力が生じなくなり、その分の電力変換効率は高くなる。   With such an operation, the MOS-FET which is a rectifying element is turned off at a timing before the rectified current becomes 0 level. As a result, like the synchronous rectification circuit using the winding voltage detection method, the reverse current does not flow through the MOS-FET in the period in which the rectification current is discontinuous, and no reactive power is generated. Conversion efficiency is increased.

しかし、上記説明からも分かるように、このような整流電流検出方式の同期整流回路では、1つのMOS−FETに対応して、少なくとも1組のカレントトランスと、このカレントトランスの出力によりMOS−FETを駆動するための比較的複雑な駆動回路系が必要となる。これにより、回路構成が複雑になり、これが製造能率の低下、コストアップ、回路基板サイズの拡大などにつながるという不都合が生じる。
特に、例えば図6及び図7に示した電源回路のように、電流共振形のスイッチングコンバータの構成を基本としている場合、同期整流回路としても両波整流回路とする必要がある。従って、上記したカレントトランス及び駆動回路系は、半波の期間ごとに対応して2組必要とされることになり、上記した問題がさらに大きくなる。
However, as can be seen from the above description, in such a synchronous rectification circuit of the rectification current detection system, at least one set of current transformers and one output of the current transformer correspond to one MOS-FET, and the MOS-FET Requires a relatively complicated drive circuit system for driving the drive. As a result, the circuit configuration becomes complicated, resulting in inconveniences such as reduced manufacturing efficiency, increased costs, and increased circuit board size.
In particular, when the configuration of a current resonance type switching converter is based on the power supply circuit shown in FIGS. 6 and 7, for example, it is necessary to use a double-wave rectifier circuit as a synchronous rectifier circuit. Therefore, two sets of the above-described current transformer and driving circuit system are required corresponding to each half-wave period, and the above-described problem is further increased.

このようにして、二次側整流動作として不連続モードとなる状態があることを前提として、同期整流回路を採用することを考えると、巻線電圧検出方式と整流電流検出方式とでは、そのメリットがトレードオフの関係にならざるを得ない。つまり、巻線電圧検出方式のほうが電力変換効率の面で不利ではあるが、回路構成は簡略となる。これに対して、整流電流検出方式のほうは、無効電力が生じないので電力変換効率の面では有利であるが、回路構成が複雑になる。
換言すれば、二次側整流動作として不連続モードとなる条件が存在する以上、例えば電力変換効率のことを考慮して同期整流回路を採用しようとしても、整流電流検出方式を採らざるを得ないために、回路構成が複雑化するという問題を抱えることになってしまう。
Considering the adoption of a synchronous rectifier circuit on the premise that there is a state of discontinuous mode as the secondary side rectification operation in this way, the merits of the winding voltage detection method and the rectification current detection method are Must be in a trade-off relationship. That is, the winding voltage detection method is disadvantageous in terms of power conversion efficiency, but the circuit configuration is simplified. In contrast, the rectified current detection method is advantageous in terms of power conversion efficiency because reactive power is not generated, but the circuit configuration is complicated.
In other words, as long as there is a condition for the discontinuous mode as the secondary side rectification operation, for example, even if an attempt is made to adopt a synchronous rectification circuit in consideration of power conversion efficiency, a rectification current detection method must be adopted. As a result, the circuit configuration becomes complicated.

これに対し、本実施の形態としては、先に説明した絶縁コンバータトランスPITの構成とすることで、負荷変動及び交流入力電圧の変動等にかかわらず、二次側の両波整流動作を連続モードとしている。
前述したように、図1に示す電源回路に備えられる同期整流回路は巻線電圧検出方式を採っているが、上記のようにして常に連続モードが得られていることで、電流不連続期間の無効電力が生じることはない。つまり、本実施の形態としては、巻線電圧検出方式の同期整流回路を備えることで、簡単な回路構成として回路規模の拡大を抑制し、さらにコストアップを避けるようにしていながら、なおかつ、電流不連続期間の無効電力に起因する電力変換効率の低下の問題を有効に解消しているものである。
On the other hand, in the present embodiment, the configuration of the insulating converter transformer PIT described above allows the secondary-side double-wave rectification operation to be performed in the continuous mode regardless of load fluctuations and AC input voltage fluctuations. It is said.
As described above, the synchronous rectifier circuit provided in the power supply circuit shown in FIG. 1 employs the winding voltage detection method. However, since the continuous mode is always obtained as described above, There is no reactive power. In other words, the present embodiment includes a winding voltage detection type synchronous rectifier circuit, thereby suppressing an increase in circuit scale as a simple circuit configuration and further avoiding an increase in cost, while reducing current consumption. This effectively solves the problem of reduction in power conversion efficiency caused by reactive power in continuous periods.

以上のことをまとめると、本実施の形態の電源回路としては、先ずは電力回生方式による力率改善回路を備えた場合におけるリップル増加の問題について、絶縁コンバータトランスPITを疎結合の状態とし、二次側両波整流動作を不連続モードとすることで解決している。
そしてさらに、二次側両波整流動作を不連続モードとしたことで、二次側整流回路において電流不連続期間の無効電力が生じなくなることに着眼し、二次側には巻線電圧検出方式による同期整流回路を備えることしている。これにより、小数の部品追加で、二次側整流回路における電力損失の低減を有効に図るものである。
In summary, the power supply circuit according to the present embodiment firstly sets the insulating converter transformer PIT in a loosely coupled state with respect to the problem of an increase in ripple when a power factor improvement circuit using a power regeneration system is provided. The problem is solved by setting the secondary-side rectification operation to the discontinuous mode.
Furthermore, the secondary-side double-wave rectification operation is set to the discontinuous mode, so that reactive power during the current discontinuity period does not occur in the secondary-side rectifier circuit. A synchronous rectifier circuit is provided. This effectively reduces power loss in the secondary side rectifier circuit by adding a small number of components.

なお、本実施の形態においては、二次側の整流電流経路にインダクタLdを挿入しているが、そのインダクタンス値を適正に設定することで、インダクタLdのインピーダンス成分により整流電流に生じるとされる逆方向電流の成分を抑制する動作が得られる。つまり、インダクタLdの挿入により、電流不連続期間の逆方向電流の抑制は、さらに強化される。   In the present embodiment, the inductor Ld is inserted into the secondary side rectified current path. However, when the inductance value is appropriately set, the impedance component of the inductor Ld causes the rectified current. An operation of suppressing the reverse current component is obtained. That is, the insertion of the inductor Ld further enhances the suppression of the reverse current during the current discontinuous period.

参考として、図1に示した電源回路について実際に実験を行って得られた結果として、力率PF、及び整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)の変化特性を、次の図4、図5に示しておく。
なお、これらの図において、図4では、交流入力電圧VAC=230Vで一定とした場合の負荷電力Po=150W〜0Wの変動に対する各特性について示し、図5では負荷電力Po=150Wで一定とした場合の交流入力電圧VAC=170V〜264Vの変動に対する各特性について示している。
また、これらの図に示す実験結果を得るのにあたっては、図1に示す電源回路としての要部について次のようにして部品を選定した。

絶縁コンバータトランスPIT:EER−40フェライトコア、ギャップG=1.6mm、一次巻線N1=65T、二次巻線N2A,N2B=2T、結合係数k=0.75
一次側直列共振コンデンサC1=0.022μF
力率改善用直列共振コンデンサC20=0.047μF
フィルタコンデンサCN=1μF
For reference, the power factor PF and the change characteristics of the rectified smoothing voltage Ei (DC input voltage) are shown in FIGS. 4 and 5 as a result obtained by actually conducting experiments on the power supply circuit shown in FIG. I will show you.
In these figures, FIG. 4 shows each characteristic with respect to fluctuations in the load power Po = 150 W to 0 W when the AC input voltage VAC = 230 V is constant, and FIG. 5 shows the load power Po = 150 W constant. In this case, each characteristic with respect to fluctuation of the AC input voltage VAC = 170V to 264V is shown.
In order to obtain the experimental results shown in these figures, components were selected as follows for the main part of the power supply circuit shown in FIG.

Insulating converter transformer PIT: EER-40 ferrite core, gap G = 1.6mm, primary winding N1 = 65T, secondary windings N2A, N2B = 2T, coupling coefficient k = 0.75
Primary side series resonant capacitor C1 = 0.022μF
Series resonant capacitor for power factor improvement C20 = 0.047μF
Filter capacitor CN = 1μF

先ず、力率PFについては、図4、図5に示されるような特性が得られる。特に図4において、負荷変動に対する力率PFは、重負荷の傾向となるのに従ってその値が高くなる特性が得られ、最大負荷電力Po=150W時においては、力率PF=0.9程度にまで向上されている。
例えば、先の図6、図7に示した回路においては、力率PF=0.8程度が限界であったが、このように実施の形態において高力率が得られるのは、先にも述べたように従来の高周波インダクタL10に代えてスイッチングダイオードD2を設けるようにしたことによる。
First, for the power factor PF, the characteristics shown in FIGS. 4 and 5 are obtained. In particular, in FIG. 4, the power factor PF with respect to the load fluctuation has a characteristic that its value increases as the load tends to be heavy. When the maximum load power Po = 150 W, the power factor PF is about 0.9. Has been improved.
For example, in the circuits shown in FIGS. 6 and 7, the power factor PF is about 0.8, but the high power factor can be obtained in the embodiment in this way. As described above, the switching diode D2 is provided in place of the conventional high-frequency inductor L10.

また、直流入力電圧Eiについては、図5に示されるように交流入力電圧VACの上昇に伴っては同じく上昇する傾向となる。一方で、この場合の直流入力電圧Eiは、図4に示されるようにして負荷変動に対してはフラットな特性が得られる。
なお、このようにして負荷変動に対して直流入力電圧Eiのレベルがほぼ一定で推移するのは、高周波インダクタL10に代えてスイッチングダイオードD2を設けるようにしたことによる。つまり、このように高周波インダクタL10が省略されることで、電源回路の一次側に形成される直列共振回路が1つのみとなる。そして、このように直列共振回路が1つとされて、一次側直列共振回路の共振点も1つとなることで、負荷変動、つまり一次側直列共振電流の変動に対する直流入力電圧Eiの変動が抑制されることになるものである。
Also, the DC input voltage Ei tends to increase as the AC input voltage VAC increases as shown in FIG. On the other hand, the DC input voltage Ei in this case has a flat characteristic with respect to load fluctuations as shown in FIG.
The reason why the level of the DC input voltage Ei changes with respect to the load fluctuation in this manner is that the switching diode D2 is provided in place of the high frequency inductor L10. That is, by omitting the high-frequency inductor L10 in this way, only one series resonant circuit is formed on the primary side of the power supply circuit. In this way, the number of series resonance circuits is one, and the resonance point of the primary side series resonance circuit is also one, so that the fluctuation of the DC input voltage Ei with respect to the load fluctuation, that is, the fluctuation of the primary side series resonance current is suppressed. It will be.

なお、本発明としては、これまでに説明した電源回路の構成に限定されるものではない。
先ず、絶縁コンバータトランスPITについてであるが、例えばコア形式などをはじめとして、その構造については、所要以下の磁束密度となるようにされていれば、適宜変更されて構わない。
また、例えば、上記各実施の形態としてのスイッチングコンバータは、他励式による電流共振形コンバータをその基礎としているが、自励式による電流共振形コンバータを備えて構成することも可能とされる。この場合には、スイッチング素子として例えばバイポーラトランジスタを選定することができる。さらには、4石のスイッチング素子をフルブリッジ結合した電流共振形コンバータにも適用できる。また、例えばスイッチングコンバータの一次側のスイッチング素子(Q1,Q2)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、MOS−FET以外の素子が採用されて構わない。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、二次側両波整流回路である、巻線電圧検出方式の同期整流回路の細部の構成についても適宜変更されてよい。
The present invention is not limited to the configuration of the power supply circuit described so far.
First, regarding the insulating converter transformer PIT, the structure may be appropriately changed as long as the magnetic flux density is less than the required one, including the core type, for example.
In addition, for example, the switching converter according to each of the above embodiments is based on a separately excited current resonance converter, but may be configured to include a self-excited current resonance converter. In this case, for example, a bipolar transistor can be selected as the switching element. Furthermore, the present invention can also be applied to a current resonance type converter in which four stone switching elements are full-bridge coupled. For example, as the primary side switching elements (Q1, Q2) of the switching converter, an element other than a MOS-FET may be employed as long as it is an element that can be used by another excitation type, such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Absent. Also, the constants of the component elements described above may be changed according to actual conditions.
Further, the detailed configuration of the winding voltage detection type synchronous rectification circuit, which is a secondary-side double-wave rectification circuit, may be changed as appropriate.

本発明の実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the switching power supply circuit as embodiment of this invention. 実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスの構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the insulation converter transformer with which the power supply circuit of embodiment is equipped. 実施の形態の電源回路の力率改善動作に対応する要部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the principal part corresponding to the power factor improvement operation | movement of the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路における、負荷変動に対する力率、及び整流平滑電圧(直流入力電圧)の特性を示す図である。It is a figure which shows the power factor with respect to the load fluctuation | variation in the power supply circuit of embodiment, and the characteristic of a rectification | straightening smoothing voltage (DC input voltage). 実施の形態の電源回路における、交流入力電圧の変動に対する力率、及び整流平滑電圧(直流入力電圧)の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the power factor with respect to the fluctuation | variation of alternating current input voltage, and the rectification | straightening smoothing voltage (direct current input voltage) in the power supply circuit of embodiment. 従来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 conventional switching power supply circuit. 従来としてのスイッチング電源回路の他の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other structural example of the conventional switching power supply circuit. 従来の力率改善技術として、チョークインプット方式による構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example by a choke input system as a conventional power factor improvement technique. チョークインプット方式を採るスイッチング電源回路における、負荷変動に対する力率、及び整流平滑電圧(直流入力電圧)の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the power factor with respect to load fluctuation | variation, and a rectification | straightening smoothing voltage (DC input voltage) in the switching power supply circuit which employ | adopts a choke input system.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、10 力率改善回路、Di ブリッジ整流回路、Ci 平滑コンデンサ、Q1,Q2 スイッチング素子、PIT 絶縁コンバータトランス、C1 一次側直列共振コンデンサ、Cp 部分共振コンデンサ、N1 一次巻線、N2(N2A,N2B) 二次巻線、CN フィルタコンデンサ、D1、D2 スイッチングダイオード、C20 力率改善用直列共振コンデンサ、Q3〜Q6 MOS−FET、Rg1、Rg2 ゲート抵抗、Dg1,Dg2 ショットキーダイオード、Ld インダクタ、Co (二次側)平滑コンデンサ   1 control circuit, 2 oscillation / drive circuit, 10 power factor correction circuit, Di bridge rectifier circuit, Ci smoothing capacitor, Q1, Q2 switching element, PIT isolation converter transformer, C1 primary side series resonance capacitor, Cp partial resonance capacitor, N1 primary Winding, N2 (N2A, N2B) Secondary winding, CN filter capacitor, D1, D2 switching diode, C20 power factor improving series resonance capacitor, Q3-Q6 MOS-FET, Rg1, Rg2 gate resistance, Dg1, Dg2 shot Key diode, Ld inductor, Co (secondary side) smoothing capacitor

Claims (2)

商用交流電源を入力して整流平滑電圧を生成する整流平滑手段と、
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を行うスイッチング素子を備えて形成した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により交番電圧が励起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスと、
少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路と、
上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に励起される交番電圧を入力して整流動作を行って、二次側直流出力電圧を生成するように構成された二次側直流出力電圧生成手段と、
上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、二次側直流出力電圧に対する定電圧制御を行うように構成された定電圧制御手段と、
力率の改善を図る力率改善手段と、を備えるようにされており、
上記絶縁コンバータトランスの磁束密度が、上記二次側直流出力電圧の変動にかかわらず二次側整流電流が連続モードとなるようにして、所定以下となるように設定されていると共に、
上記力率改善手段は、
上記整流平滑手段における整流回路の整流出力端子と平滑コンデンサの正極端子との間の整流電流経路に対して直列に挿入され、この整流電流経路に流れる整流電流をスイッチングする第1の力率改善用スイッチング素子と第2の力率改善用スイッチング素子とを直列に接続した直列接続回路と、
上記第1の力率改善用スイッチング素子に対して並列に接続される力率改善用直列共振コンデンサと、
少なくとも上記直列接続回路に対して並列に接続されるフィルタコンデンサとを備えるとともに、
上記第1の力率改善用スイッチング素子と第2の力率改善用スイッチング素子との接続点に対して上記一次側直列共振回路の端部を接続して成る、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
Rectifying and smoothing means for inputting a commercial AC power supply and generating a rectified and smoothed voltage;
Switching means formed by including a switching element that performs switching by inputting the rectified and smoothed voltage as a DC input voltage;
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 and a secondary winding in which an alternating voltage is excited by the switching output obtained by the primary winding are wound. An isolated converter transformer,
The primary side which is formed by at least the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and the capacitance of the primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding, and the operation of the switching means is a current resonance type A series resonant circuit;
A secondary side DC output voltage generating means configured to input an alternating voltage excited to the secondary winding of the insulating converter transformer and perform a rectification operation to generate a secondary side DC output voltage;
The switching drive means is controlled according to the level of the secondary side DC output voltage, and the switching frequency of the switching means is varied to perform constant voltage control on the secondary side DC output voltage. Constant voltage control means;
Power factor improving means for improving the power factor, and
The magnetic flux density of the insulating converter transformer is set to be equal to or less than a predetermined value so that the secondary side rectified current is in a continuous mode regardless of the fluctuation of the secondary side DC output voltage, and
The power factor improving means is
In the rectifying / smoothing means, a first power factor improving first inserted in series with respect to the rectified current path between the rectified output terminal of the rectifier circuit and the positive terminal of the smoothing capacitor and switching the rectified current flowing through the rectified current path. A series connection circuit in which the switching element and the second power factor improving switching element are connected in series;
A power factor improving series resonance capacitor connected in parallel to the first power factor improving switching element;
A filter capacitor connected in parallel to at least the series connection circuit,
An end of the primary side series resonance circuit is connected to a connection point between the first power factor improving switching element and the second power factor improving switching element.
A switching power supply circuit.
上記二次側直流出力電圧生成手段を形成する整流回路として、巻線電圧検出方式による同期整流回路を備える、
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。
As a rectifier circuit forming the secondary side DC output voltage generating means, a synchronous rectifier circuit by a winding voltage detection method is provided,
The switching power supply circuit according to claim 1.
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