JP2006074897A - Switching power supply circuit - Google Patents

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Masayuki Yasumura
昌之 安村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a control range necessary for switching frequency control, to obtain configuration compatible with a wide range, and improve power conversion efficiency with respect to the condition of a load that is heavier than a certain level, in a power supply circuit that performs constant voltage control by the switching frequency control, and comprises a power factor improving function. <P>SOLUTION: A coupling type resonance circuit constituted by the electromagnetic coupling of an insulated converter transformer PIT is formed by comprising a primary-side series resonance circuit that forms a current resonance type converter, and a secondary-side series resonance circuit that is formed of at least a secondary winding N2 and a secondary-side series resonance capacitor C2. Then, in order to obtain a single peak characteristic of the coupling type resonance circuit, a general coupling coefficient kt of the insulated converter transformer PIT is set as kt≤0.65. For this arrangement, a circuit is configured such that an inductor is inserted in series into at least either of a primary winding N1 and the secondary winding N2, while reducing a gap G of an internal magnetic leg into a range of about 1.6mm with respect to the insulated converter transformer PIT itself. <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.

特開2003−235259号公報JP 2003-235259 A

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。
図20は、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、共振形コンバータを備えるスイッチング電源回路の一例を示す回路図である。
この図20に示される電源回路のスイッチングコンバータとしては、ハーフブリッジ結合方式による他励式の電流共振形コンバータに対して、スイッチング中のターンオフ時にのみ電圧共振動作を行う部分電圧共振回路を組み合わせた構成を採る。
The present applicant has previously proposed various power supply circuits including a resonance type converter on the primary side.
FIG. 20 is a circuit diagram showing an example of a switching power supply circuit including a resonant converter configured based on the invention previously filed by the present applicant.
The switching converter of the power supply circuit shown in FIG. 20 has a configuration in which a partial voltage resonance circuit that performs a voltage resonance operation only at the time of turn-off during switching is combined with a separately excited current resonance converter using a half-bridge coupling method. take.

先ず、図20に示す電源回路においては、商用交流電源ACに対して2組のフィルタコンデンサCL、CL及び1組のコモンモードチョークコイルCMCから成るコモンモードノイズフィルタが接続されている。
そして、商用交流電源ACから直流入力電圧を生成する整流平滑回路としては、上記コモンモードノイズフィルタの後段に対して、ブリッジ整流回路Di及び平滑コンデンサCiとから成る全波整流回路が備えられる。
ブリッジ整流回路Diの整流出力は、平滑コンデンサCiに対して充電され、これによって平滑コンデンサ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(直流入力電圧)が得られることになる。
First, in the power supply circuit shown in FIG. 20, a common mode noise filter including two sets of filter capacitors CL and CL and one set of common mode choke coil CMC is connected to the commercial AC power supply AC.
As a rectifying / smoothing circuit for generating a DC input voltage from the commercial AC power supply AC, a full-wave rectifying circuit including a bridge rectifying circuit Di and a smoothing capacitor Ci is provided for the subsequent stage of the common mode noise filter.
The rectified output of the bridge rectifier circuit Di is charged to the smoothing capacitor Ci, whereby a rectified smoothing voltage Ei (DC input voltage) corresponding to an equal level of the AC input voltage VAC is applied to both ends of the smoothing capacitor Ci. Will be obtained.

上記直流入力電圧を入力してスイッチングする電流共振形コンバータとしては、図示するようにして、MOS−FETによる2本のスイッチング素子Q1,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系を備える。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、図示する方向により、それぞれボディダイオードによるダンパーダイオードDD1,DD2が並列に接続される。   As shown in the figure, the current resonance type converter for switching by inputting the DC input voltage includes a switching circuit system in which two switching elements Q1 and Q2 by MOS-FETs are connected by half bridge coupling. Damper diodes DD1 and DD2 formed of body diodes are connected in parallel with each other between the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2, respectively, in the direction shown in the drawing.

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)が形成される。この部分電圧共振回路によりスイッチング素子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. With this partial voltage resonance circuit, a partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only when the switching elements Q1, Q2 are turned off can be obtained.

この電源回路においては、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング駆動するために、例えば汎用のICによる発振・ドライブ回路2が設けられる。この発振・ドライブ回路2は、発振回路、駆動回路を有して、所要の周波数によるドライブ信号(ゲート電圧)をスイッチング素子Q1,Q2の各ゲートに対して印加する。これにより、スイッチング素子Q1,Q2は、所要のスイッチング周波数により交互にオン/オフするようにしてスイッチング動作を行う。   In this power supply circuit, in order to switch the switching elements Q1 and Q2, for example, an oscillation / drive circuit 2 using a general-purpose IC is provided. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit, and applies a drive signal (gate voltage) having a required frequency to the gates of the switching elements Q1 and Q2. Thereby, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation so as to be alternately turned on / off at a required switching frequency.

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。
この場合の絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 の一端は、一次側直列共振コンデンサC1を介してスイッチング素子Q1 のソースとスイッチング素子Q2 のドレインの接続点(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得られるようにされる。
また、一次巻線N1の他端は、図示するように一次側アースに接続されている。
An insulating converter transformer PIT (Power Isolation Transformer) transmits the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side.
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 of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2 via the primary side series resonance capacitor C1. A switching output is obtained.
The other end of the primary winding N1 is connected to the primary side ground as shown in the figure.

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、及び絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1(直列共振巻線)のリーケージインダクタンス(漏洩インダクタンス)L1とにより、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直列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 (leakage) of the primary winding N1 (series resonant winding) of the insulating converter transformer PIT. The primary side series resonance circuit for making the operation of the switching converter into a current resonance type is formed by the inductance L1.

ここまでの説明によると、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、他の共振回路が組み合わされた形式を採っていることになる。ここでは、このようなスイッチングコンバータについて複合共振形コンバータということにする。
According to the description so far, the primary side switching converter shown in this figure includes the operation as the current resonance type by the primary side series resonance circuit (L1-C1) and the partial voltage resonance circuit (Cp // L1) described above. Thus, partial voltage resonance operation due to is obtained.
That is, the power supply circuit shown in this figure adopts a form in which another resonance circuit is combined with a resonance circuit for making the primary side switching converter into a resonance type. Here, such a switching converter is referred to as a composite resonance type converter.

ここでの図示による説明は省略するが、上記した絶縁コンバータトランスPITの構造としては、例えばフェライト材によるE型コアを組み合わせたEE型コアを備える。そして、一次側と二次側とで巻装部位を分割したうえで、一次巻線N1と二次巻線N2とを、EE型コアの内磁脚に対して巻装している。
また、絶縁コンバータトランスPITのEE型コアの内磁脚に対しては1.5mm以下のギャップを形成するようにしている。これによって、一次巻線N1と二次巻線N2とで、0.75以上の結合係数を得るようにしている。
Although the description by illustration here is abbreviate | omitted, as a structure of the above-mentioned insulation converter transformer PIT, the EE type | mold core which combined the E type | mold core by a ferrite material is provided, for example. Then, after the winding part is divided between the primary side and the secondary side, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound around the inner magnetic leg of the EE core.
Further, a gap of 1.5 mm or less is formed with respect to the inner magnetic leg of the EE type core of the insulating converter transformer PIT. As a result, a coupling coefficient of 0.75 or more is obtained between the primary winding N1 and the secondary winding N2.

絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2に対しては、整流ダイオードDo1〜Do4から成るブリッジ整流回路と、平滑コンデンサCoとにより形成される全波整流回路が備えられる。
これにより、平滑コンデンサCoの両端電圧として、二次巻線N2に誘起される交番電圧の等倍レベルに対応する直流電圧である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、メイン直流電源として、図示しないメインの負荷に供給されるとともに、制御回路1に対して定電圧制御のための検出電圧としても分岐して入力される。
The secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT is provided with a full-wave rectifier circuit formed by a bridge rectifier circuit including rectifier diodes Do1 to Do4 and a smoothing capacitor Co.
As a result, the secondary side DC output voltage Eo, which is a DC voltage corresponding to the same level of the alternating voltage induced in the secondary winding N2, is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Co. The secondary side DC output voltage Eo is supplied as a main DC power source to a main load (not shown) and is also branched and input to the control circuit 1 as a detection voltage for constant voltage control.

制御回路1は、二次側直流出力電圧Eoのレベルに対応してレベルが可変される電圧又は電流としての制御信号を発振・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から入力される制御信号に基づいて、発振・ドライブ回路2内の発振回路により生成する発振信号周波数を可変するようにして、スイッチング素子Q1,Q2の各ゲートに印加するスイッチング駆動信号の周波数を変化させる。これにより、スイッチング周波数が可変される。このように、二次側直流出力電圧Eo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共振インピーダンスが変化して一次側直列共振回路を形成する一次巻線N1から二次側に伝送されるエネルギーも可変され、二次側直流出力電圧Eoのレベルも可変制御される。これにより、二次側直流出力電圧Eoの定電圧制御が図られることになる。
なお、以降においては、このようにスイッチング周波数を可変制御することによって安定化を図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。
The control circuit 1 outputs a control signal as a voltage or current whose level is variable in accordance with the level of the secondary side DC output voltage Eo to the oscillation / drive circuit 2.
In the oscillation / drive circuit 2, the oscillation signal frequency generated by the oscillation circuit in the oscillation / drive circuit 2 is varied based on the control signal input from the control circuit 1. The frequency of the switching drive signal to be applied is changed. As a result, the switching frequency is varied. In this way, the switching frequency of the switching elements Q1, Q2 is variably controlled according to the level of the secondary side DC output voltage Eo, so that the resonance impedance of the primary side series resonance circuit changes and the primary side series resonance circuit is changed. The energy transmitted from the primary winding N1 to be formed to the secondary side is also varied, and the level of the secondary side DC output voltage Eo is also variably controlled. Thereby, constant voltage control of the secondary side DC output voltage Eo is achieved.
In the following, the constant voltage control method that achieves stabilization by variably controlling the switching frequency will be referred to as a “switching frequency control method”.

図21の波形図は、上記図20に示した電源回路における要部の動作を示している。この図においては、左側において負荷電力Po=150W時の動作を示し、右側において、同一部位について、負荷電力Po=25W時の動作を示している。入力電圧条件は、交流入力電圧VAC=100Vで一定としている。   The waveform diagram of FIG. 21 shows the operation of the main part of the power supply circuit shown in FIG. In this figure, the operation when the load power Po = 150 W is shown on the left side, and the operation when the load power Po = 25 W is shown for the same part on the right side. The input voltage condition is constant at AC input voltage VAC = 100V.

先ず、図11において、矩形波状の電圧V1は、スイッチング素子Q2の両端電圧であり、スイッチング素子Q2のオン/オフタイミングを示す。
電圧V1が0レベルとなる期間が、スイッチング素子Q2が導通するオン期間であり、このオン期間においては、スイッチング素子Q2及びクランプダイオードDD2から成るスイッチング回路系には、図示する波形によるスイッチング電流IQ2が流れる。また、電圧V1が整流平滑電圧Eiのレベルでクランプされる期間は、スイッチング素子Q2がオフとなる期間であり、スイッチング電流IQ2は図示するようにして0レベルとなる。
また、図示していないが、他方のスイッチング素子Q1の両端電圧、及びスイッチング回路(Q1,DD1)に流れるスイッチング電流としては、上記電圧V1、及びスイッチング電流IQ2を180°移相した波形として得られる。つまり、前述したように、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とは、交互にオン/オフするタイミングでスイッチング動作を行う。
また、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))を流れる一次側直列共振電流Ioとしては、これらのスイッチング回路(Q1,DD1)(Q2,DD2)に流れるスイッチング電流が合成されることで、図示する波形により流れるものとなる。
First, in FIG. 11, a rectangular waveform voltage V1 is a voltage across the switching element Q2, and indicates the on / off timing of the switching element Q2.
The period during which the voltage V1 is 0 level is the ON period in which the switching element Q2 is conductive. In this ON period, the switching current IQ2 having the waveform shown in FIG. Flowing. The period during which the voltage V1 is clamped at the level of the rectified and smoothed voltage Ei is a period during which the switching element Q2 is turned off, and the switching current IQ2 is at 0 level as shown in the figure.
Although not shown, the voltage across the other switching element Q1 and the switching current flowing through the switching circuit (Q1, DD1) are obtained as a waveform obtained by shifting the voltage V1 and the switching current IQ2 by 180 °. . That is, as described above, the switching element Q1 and the switching element Q2 perform the switching operation at the timing of turning on / off alternately.
Further, as the primary side series resonance current Io flowing through the primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)), the switching currents flowing through these switching circuits (Q1, DD1) (Q2, DD2) are synthesized. , And flows according to the waveform shown.

また、例えばこの図に示される上記電圧V1の波形を、負荷電力Po=150W時と負荷電力Po=25W時とで比較して分かるように、スイッチング周波数としては、二次側直流出力電圧Eoが軽負荷のとき(Po=25W)よりも、重負荷の条件(Po=150W)のときのほうが、一次側のスイッチング周波数が低くなるように制御されていることがわかる。すなわち、重負荷となって二次側直流出力電圧Eoのレベルが低下するのに応じては、スイッチング周波数を低くし、また軽負荷となって二次側直流出力電圧Eoのレベルが上昇するのに応じてはスイッチング周波数を高くするようにしている。これは、スイッチング周波数制御方式として、アッパーサイド制御による定電圧制御動作が行われていることを示している。   Further, for example, as can be seen by comparing the waveform of the voltage V1 shown in this figure between when the load power Po = 150 W and when the load power Po = 25 W, as the switching frequency, the secondary side DC output voltage Eo is It can be seen that the primary side switching frequency is controlled to be lower in the heavy load condition (Po = 150 W) than in the light load condition (Po = 25 W). That is, as the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases due to a heavy load, the switching frequency is lowered and the level of the secondary side DC output voltage Eo increases due to a light load. In response to this, the switching frequency is increased. This indicates that a constant voltage control operation by upper side control is performed as a switching frequency control method.

また、上記した一次側の動作が得られることで、絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2には、図示する波形による交番電圧V2が誘起される。そして、この交番電圧V2が正極性となる一方の半周期の期間においては、二次側の整流ダイオード[Do1,Do4]が導通することで、図示する波形及びタイミングで整流電流ID1が流れる。また、交番電圧V2が負極性となる他方の半周期の期間においては、二次側の整流ダイオード[Do2,Do3]が導通することで、図示する波形及びタイミングで整流電流ID2が流れる。また、二次巻線N2に流れる二次巻線電流I2としては、図示するようにして、上記整流電流ID1,ID2が合成されたものとなる。   Further, by obtaining the above-described primary side operation, an alternating voltage V2 having a waveform shown in the figure is induced in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT. In the half-cycle period in which the alternating voltage V2 is positive, the secondary side rectifier diodes [Do1, Do4] are turned on, and the rectified current ID1 flows with the waveform and timing shown in the figure. Further, in the other half cycle period in which the alternating voltage V2 is negative, the secondary side rectifier diodes [Do2, Do3] are turned on, and the rectified current ID2 flows with the waveform and timing shown in the figure. The secondary winding current I2 flowing through the secondary winding N2 is a composite of the rectified currents ID1 and ID2 as shown in the figure.

図22は、図20に示した電源回路について、交流入力電圧VAC=100Vの入力電圧条件の下での負荷変動に対するAC→DC電力変換効率、及びスイッチング周波数の特性を示している。
先ず、スイッチング周波数fsとしては、定電圧制御動作が行われることに応じて、重負荷の傾向となるのに従って低下する特性となっている。ただし、負荷変動に対してリニアとなる変化特性ではなく、例えば負荷電力Po=25W程度からPo=0W以下の範囲では、スイッチング周波数fsが急峻に上昇していく傾向となっている。
また、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)としては、負荷電力Poの上昇に伴って高くなっていく傾向となっており、負荷電力Po=150W時では、ηAC→DC=91.0%程度が得られている。
FIG. 22 shows the AC → DC power conversion efficiency and switching frequency characteristics with respect to load fluctuations under the input voltage condition of the AC input voltage VAC = 100 V for the power supply circuit shown in FIG.
First, the switching frequency fs has a characteristic that decreases as the tendency of a heavy load is increased in accordance with the constant voltage control operation. However, it is not a change characteristic that is linear with respect to the load fluctuation, and the switching frequency fs tends to increase sharply, for example, in the range of the load power Po = 25 W to Po = 0 W or less.
Further, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) tends to increase as the load power Po increases, and ηAC → DC = 91.0% when the load power Po = 150 W. The degree is obtained.

ところで、図20に示した電源回路のように、スイッチング周波数制御方式により二次側直流出力電圧の安定化を図る共振形コンバータとしての構成を採る場合には、安定化のためのスイッチング周波数の可変制御範囲は、比較的広範囲な傾向となる。
このことについて、図23を参照して説明する。図23は、図20に示した電源回路の定電圧制御特性を、スイッチング周波数fsと二次側直流出力電圧Eoのレベルとの関係により示している。
なお、この図の説明にあたっては、図20の電源回路が、スイッチング周波数制御方式として、いわゆるアッパーサイド制御を採用していることを前提とする。ここでのアッパーサイド制御とは、一次側直列共振回路の共振周波数foよりも高い周波数範囲でスイッチング周波数を可変制御し、これにより生じる共振インピーダンスの変化を利用して二次側直流出力電圧Eoのレベルをコントロールする制御をいう。
By the way, in the case of adopting a configuration as a resonance type converter that stabilizes the secondary side DC output voltage by the switching frequency control method as in the power supply circuit shown in FIG. 20, the switching frequency for stabilization is variable. The control range tends to be relatively wide.
This will be described with reference to FIG. FIG. 23 shows the constant voltage control characteristics of the power supply circuit shown in FIG. 20 by the relationship between the switching frequency fs and the level of the secondary side DC output voltage Eo.
In the description of this figure, it is assumed that the power supply circuit of FIG. 20 employs so-called upper side control as a switching frequency control method. Here, the upper side control means that the switching frequency is variably controlled in a frequency range higher than the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit, and the change of the resonance impedance generated thereby makes it possible to control the secondary side DC output voltage Eo. Control that controls the level.

一般的なこととして、直列共振回路は、共振周波数foのときに最も共振インピーダンスが小さくなる。これにより、アッパーサイド制御における二次側直流出力電圧Eoとスイッチング周波数fsの関係として、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、スイッチング周波数fsが共振周波数fo1に近づいていくほど上昇し、共振周波数fo1から離れていくのに従って低下していくものとなる。
従って、負荷電力Poを一定とした条件でのスイッチング周波数fsに対する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、図23に示すようにして、スイッチング周波数fsが一次側直列共振回路の共振周波数fo1と同じときにピークとなり、共振周波数fo1から離れるのに応じて低下する二次曲線的な変化を示す。
As a general matter, the series resonant circuit has the smallest resonance impedance at the resonance frequency fo. As a result, as the relationship between the secondary side DC output voltage Eo and the switching frequency fs in the upper side control, the level of the secondary side DC output voltage Eo increases as the switching frequency fs approaches the resonance frequency fo1. As it moves away from fo1, it will decrease.
Therefore, the level of the secondary side DC output voltage Eo with respect to the switching frequency fs under the condition that the load power Po is constant, the switching frequency fs is the same as the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit as shown in FIG. It sometimes becomes a peak, and shows a quadratic curve change that decreases as the frequency moves away from the resonance frequency fo1.

また、同じスイッチング周波数fsに対応する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、最小負荷電力Pomin時よりも最大負荷電力Pomax時のほうが、所定分低下するようにしてシフトする特性が得られる。つまり、スイッチング周波数fsを固定として考えると、重負荷の条件となるのに従って二次側直流出力電圧Eoのレベルは低下する。   Further, a characteristic is obtained that the level of the secondary side DC output voltage Eo corresponding to the same switching frequency fs is shifted so as to decrease by a predetermined amount at the maximum load power Pomax than at the minimum load power Pomin. That is, when the switching frequency fs is considered as being fixed, the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases as the heavy load condition is reached.

そして、このような特性のもとで、アッパーサイド制御により二次側直流出力電圧Eoについて、Eo=tgとなるようにして安定化しようとした場合、図20に示した電源回路において必要となるスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)は、Δfsとして示される範囲となる。   Under such characteristics, when the secondary side DC output voltage Eo is to be stabilized by Eo = tg by the upper side control, it is necessary in the power supply circuit shown in FIG. The variable range (necessary control range) of the switching frequency is a range indicated as Δfs.

図20に示す電源回路の実際としては、AC100V系としての交流入力電圧VAC=85V〜120Vの入力変動範囲と、メイン直流電源である二次側直流出力電圧Eoの最大負荷電力Pomax=150W、最小負荷電力Pomin=0W(無負荷)の負荷条件に対応すして、スイッチング周波数制御方式により、二次側直流出力電圧Eo=135Vで安定化するように定電圧制御を行う。
この場合、図20に示す電源回路が定電圧制御のために可変するスイッチング周波数fsの可変範囲は、fs=80kHz〜200kHz以上であり、Δfsとしても120kHz以上と相応に広範囲なものとなる。
In practice, the power supply circuit shown in FIG. 20 has an input fluctuation range of AC input voltage VAC = 85V to 120V as an AC 100V system, maximum load power Pomax = 150 W of secondary side DC output voltage Eo which is a main DC power source, minimum In response to the load condition of load power Pomin = 0 W (no load), constant voltage control is performed by the switching frequency control method so as to stabilize at the secondary side DC output voltage Eo = 135V.
In this case, the variable range of the switching frequency fs that the power supply circuit shown in FIG. 20 varies for constant voltage control is fs = 80 kHz to 200 kHz or more, and Δfs is also a correspondingly wide range of 120 kHz or more.

電源回路として、例えば日本や米国等の交流入力電圧AC100V系の地域と欧州等のAC200V系の地域に対応するように、例えば約AC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応した動作が可能に構成された、いわゆるワイドレンジ対応のものが知られている。
そこで、図20に示した電源回路について、上記したワイドレンジ対応として構成することを考えてみる。
ワイドレンジ対応では、上記のようにして、例えばAC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応することになる。従って、例えば、AC100V系のみ、あるいはAC200V系のみの単レンジに対応する場合と比較して、二次側直流出力電圧Eoのレベル変動範囲も大きくなる。このような交流入力電圧範囲に対応してレベル変動範囲が拡大した二次側直流出力電圧Eoについて定電圧制御を行うためには、より広範囲なスイッチング周波数制御範囲が必要となる。例えば、図20に示した回路の場合としては、スイッチング周波数fsの制御範囲について、約80kHz〜500kHzにまで拡大する必要がでてくる。
As a power supply circuit, for example, an operation corresponding to an AC input voltage range of about AC85V to 288V is possible so as to correspond to an AC input voltage AC100V region such as Japan and the United States and an AC200V system region such as Europe. In addition, what is known as a wide range is known.
Therefore, it is considered that the power supply circuit shown in FIG.
In the wide range correspondence, as described above, for example, it corresponds to the AC input voltage range of AC85V to 288V. Therefore, for example, the level fluctuation range of the secondary side DC output voltage Eo is larger than that corresponding to a single range of only the AC 100 V system or only the AC 200 V system. In order to perform constant voltage control on the secondary side DC output voltage Eo whose level fluctuation range is expanded corresponding to such an AC input voltage range, a wider switching frequency control range is required. For example, in the case of the circuit shown in FIG. 20, the control range of the switching frequency fs needs to be expanded to about 80 kHz to 500 kHz.

しかしながら、現状のスイッチング素子を駆動するためのIC(発振・ドライブ回路2)としては、対応可能な駆動周波数の上限は200kHz程度が限界である。また、仮に上記したような高い周波数での駆動が可能なスイッチング駆動用ICを構成して実装したとしても、このような高い周波数でスイッチング素子を駆動した場合には、電力変換効率が著しく低下するために、現実の電源回路として実用的ではなくなる。ちなみに、例えば図20に示した電源回路により安定化が可能な交流入力電圧VACレベルの上限は、100V程度である。   However, for an IC (oscillation / drive circuit 2) for driving a current switching element, the upper limit of the drive frequency that can be handled is about 200 kHz. Even if the switching drive IC capable of driving at a high frequency as described above is configured and mounted, the power conversion efficiency is significantly reduced when the switching element is driven at such a high frequency. Therefore, it is not practical as an actual power supply circuit. Incidentally, for example, the upper limit of the AC input voltage VAC level that can be stabilized by the power supply circuit shown in FIG. 20 is about 100V.

このために、スイッチング周波数制御方式により安定化を図るスイッチング電源回路について、実際にワイドレンジ対応とするのにあたっては、例えば下記のような構成を採ることが知られている。   For this reason, it is known that the switching power supply circuit that is stabilized by the switching frequency control system, for example, adopts the following configuration in order to actually support a wide range.

1つには、商用交流電源を入力して直流入力電圧(Ei)を生成する整流回路系について、AC100V系とAC200V系の商用交流電源入力に応じて、倍電圧整流回路と全波整流回路とで切り換えを行うように機能を与えるものである。
この場合には、商用交流電源レベルを検出して、その検出されたレベルに応じて、倍電圧整流回路若しくは全波整流回路が形成されるようにして、電磁リレーを用いたスイッチにより、整流回路系における回路接続の切り換えを行うように回路を構成する。
For one, a rectifier circuit system for generating a DC input voltage (Ei) by inputting a commercial AC power source, a voltage doubler rectifier circuit, a full-wave rectifier circuit, A function is given so that switching is performed with.
In this case, a commercial AC power supply level is detected, and a voltage doubler rectifier circuit or a full-wave rectifier circuit is formed according to the detected level, and a rectifier circuit is switched by a switch using an electromagnetic relay. The circuit is configured to switch the circuit connection in the system.

しかしながら、このような整流回路系の切り換えの構成では、上記しているように、所要数の電磁リレーが必要になる。また、倍電圧整流回路を形成するために少なくとも2本1組の平滑コンデンサを設ける必要も生じる。このため、それだけ部品点数が増加してコストアップとなると共に、電源回路基板のマウント面積も拡大して大型化する。特に、これら平滑コンデンサや電磁リレーは、電源回路を形成する部品のうちでも大型であるから、基板サイズは相当に大きくなってしまう。   However, such a rectifying circuit system switching configuration requires a required number of electromagnetic relays as described above. Further, it is necessary to provide at least two sets of smoothing capacitors in order to form a voltage doubler rectifier circuit. For this reason, the number of parts is increased and the cost is increased, and the mounting area of the power supply circuit board is increased and the size is increased. In particular, since these smoothing capacitors and electromagnetic relays are large among the components forming the power supply circuit, the substrate size becomes considerably large.

また、全波整流動作と倍電圧整流動作を切り換える構成とした場合において、AC200V系の商用交流電源が入力されているときに、瞬間停電が生じたり、また、交流入力電圧が定格以下に低下するなどして、AC200系に対応するよりも低いレベルとなると、AC100V系であると検出して倍電圧整流回路に切り換えるという誤動作が生じたとする。このような誤動作が生じると、AC200V系のレベルの交流入力電圧について倍電圧整流を行うこととなるために、例えばスイッチング素子Q1,Q2などが耐圧オーバーとなって破壊される可能性もある。   Further, when the full-wave rectification operation and the voltage doubler rectification operation are switched, an instantaneous power failure occurs or the AC input voltage drops below the rating when an AC 200V commercial AC power supply is input. For example, when the level is lower than that corresponding to the AC200 system, it is assumed that a malfunction occurs in which the AC100V system is detected and switched to the voltage doubler rectifier circuit. When such a malfunction occurs, voltage doubler rectification is performed on the AC input voltage of AC200V system level, so that there is a possibility that the switching elements Q1, Q2, etc., for example, will be broken and destroyed.

そこで、実際の回路としては、上記のような誤動作が生じないようにするために、メインとなるスイッチングコンバータの直流入力電圧だけではなく、スタンバイ電源側のコンバータ回路の直流入力電圧も検出する構成を採るようにされる。これにより、スタンバイ電源側のコンバータ回路を検出するための部品の追加などにより、上記したコストアップ、及び回路基板サイズの大型化がさらに助長されてしまうことになる。   Therefore, as an actual circuit, in order to prevent the above-described malfunction, not only the DC input voltage of the main switching converter but also the DC input voltage of the converter circuit on the standby power supply side is detected. It is made to take. As a result, the addition of components for detecting the converter circuit on the standby power supply side further promotes the above-described cost increase and increase in circuit board size.

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

また、ワイドレンジ対応のための構成として、AC100V系/AC200V系の商用交流電源入力に応じて、一次側の電流共振形コンバータの形式をハーフブリッジ結合とフルブリッジ結合とで切り換える構成とすることも知られている。
この構成であれば、例えば上記した瞬間停電などによって、AC200V系の交流入力電圧がAC100V系のレベルにまで低下して誤動作したとしても、スイッチング動作がハーフブリッジ動作からフルブリッジ動作となるだけであり、スイッチング素子などが耐圧オーバーになることはない。このためにスタンバイ電源側の直流入力電圧を検出する必要もなくなるので、スタンバイ電源を備えない電子機器に対しても採用することが可能となる。また、商用電源ラインにおける切り換えではないために、半導体スイッチによる回路形態の切り換えが可能であるので、電磁リレーのような大型のスイッチ部品は不要となる。
Also, as a configuration for wide range compatibility, the primary side current resonance type converter may be switched between half-bridge coupling and full-bridge coupling in accordance with AC 100 V / AC 200 V commercial AC power input. Are known.
With this configuration, even if the AC 200V system AC input voltage drops to the AC 100V system level due to, for example, the momentary power failure described above, the switching operation only changes from the half-bridge operation to the full-bridge operation. The switching element or the like does not exceed the breakdown voltage. For this reason, it is not necessary to detect the DC input voltage on the standby power supply side, and therefore, it can be adopted for an electronic device that does not have a standby power supply. In addition, since it is not switching in the commercial power supply line, switching of the circuit form by a semiconductor switch is possible, so that a large switch part such as an electromagnetic relay is not necessary.

しかし、この構成では、AC100V系時に対応してフルブリッジ結合を形成するために、スイッチング素子を少なくとも4本備える必要がある。つまり、2本のスイッチング素子により形成可能なハーフブリッジ結合方式のみによるコンバータの構成と比較すれば、2本のスイッチング素子を追加する必要があることになる。
また、この構成の場合には、フルブリッジ動作では4石がスイッチング動作を行い、ハーフブリッジ動作でも3石のスイッチング素子がスイッチング動作を行う。共振形コンバータは、低スイッチングノイズではあるが、このようにしてスイッチングを行うスイッチング素子数が増加するほどスイッチングノイズに関しては不利となる。
However, in this configuration, it is necessary to provide at least four switching elements in order to form a full bridge coupling corresponding to the AC100V system. That is, it is necessary to add two switching elements as compared with the converter configuration using only the half-bridge coupling method that can be formed by two switching elements.
In this configuration, four stones perform switching operation in the full bridge operation, and three stone switching elements perform switching operation in the half bridge operation. Although the resonance type converter has low switching noise, as the number of switching elements that perform switching in this way increases, the switching noise becomes disadvantageous.

このようにして、ワイドレンジ対応として上記した何れの構成を採った場合にも、単レンジ対応の構成と比較した場合には、部品点数の増加などによる回路規模の拡大、コストアップがさけられない。また、前者の構成では機器への利用範囲の制限、後者の構成ではスイッチングノイズの増加など、それぞれ、単レンジ対応の構成では抱えていなかった固有の問題が生じる。   In this way, in any of the configurations described above that are compatible with a wide range, when compared with a configuration compatible with a single range, an increase in circuit scale and cost increase due to an increase in the number of parts cannot be avoided. . In addition, there are inherent problems that the former configuration does not have, such as limitations on the range of use for equipment, and the latter configuration increases switching noise.

また、図20に示した電源回路のようにして、スイッチング周波数の制御範囲が相応に広範囲であることによっては、二次側直流出力電圧Eoについての安定化の高速応答特性が低下するという問題も生じる。
電子機器によっては、例えば最大負荷の状態とほぼ無負荷とされる状態のとの間で、負荷条件が瞬時的に切り換わるようにして変動する動作を伴うものがある。このような負荷変動は、スイッチング負荷ともいわれる。このような機器に搭載される電源回路としては、上記スイッチング負荷とされる負荷変動にも対応して二次側直流出力電圧が適正に安定化されるようにする必要がある。
しかしながら、先に図23によっても説明したようにスイッチング周波数の制御範囲が広範である特性を持つ場合には、上記スイッチング負荷のような負荷変動に対応して、二次側直流出力電圧を所要レベルとするためのスイッチング周波数にまで可変させるためには比較的長い時間を要することになる。つまり、定電圧制御の応答特性としては良好でない結果が得られることになる。
特に図20に示した電源回路は、図22に示したようにして、定電圧制御に応じたスイッチング周波数特性としては、負荷電力Po=25W程度以下から0Wまでの負荷範囲において、スイッチング周波数が大きく変化するものとなっており、上記したようなスイッチング負荷に対する定電圧制御応答性としては不利になっていることが分かる。
Further, as in the power supply circuit shown in FIG. 20, when the control range of the switching frequency is correspondingly wide, there is a problem that the high-speed response characteristic of stabilization for the secondary side DC output voltage Eo is deteriorated. Arise.
Some electronic devices involve, for example, an operation that fluctuates so that the load condition is instantaneously switched between a state of maximum load and a state of almost no load. Such a load variation is also called a switching load. As a power supply circuit mounted on such a device, it is necessary to appropriately stabilize the secondary side DC output voltage in response to the load fluctuation that is the switching load.
However, as described above with reference to FIG. 23, when the control range of the switching frequency is wide, the secondary side DC output voltage is set to a required level corresponding to the load fluctuation such as the switching load. It takes a relatively long time to vary the switching frequency to That is, an unsatisfactory result is obtained as a response characteristic of constant voltage control.
In particular, as shown in FIG. 22, the power supply circuit shown in FIG. 20 has a large switching frequency in the load range from about load power Po = 25 W or less to 0 W as a switching frequency characteristic according to constant voltage control. It can be seen that the constant voltage control response to the switching load as described above is disadvantageous.

そこで、本発明は、上記した課題を考慮してスイッチング電源回路として次のように構成する。
つまり、直流入力電圧を入力してスイッチングを行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段とを備える。
また、少なくとも、スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、この一次巻線により交番電圧が誘起される二次巻線とが巻装されて形成され、一次側と二次側とで所定の結合係数が得られるようにして、コアの所定位置に形成されるギャップ長が設定される絶縁コンバータトランスを備える。
また、少なくとも、絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、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、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を備える。
また、少なくとも、絶縁コンバータトランスの二次巻線の漏洩インダクタンス成分と、二次巻線に直列接続される二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、一次側直列共振回路に設定される第1の共振周波数よりも低い所定の第2の共振周波数が設定される二次側直列共振回路を備える。
また、二次側直列共振回路に得られる共振出力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二次側直流出力電圧生成手段と、二次側直流出力電圧のレベルに応じてスイッチング駆動手段を制御して、スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、二次側直流出力電圧について定電圧制御を行う定電圧制御手段とを備える。
また、一次側直列共振回路と二次側直列共振回路とを有して形成される電磁結合形共振回路について、上記スイッチング周波数を有する周波数信号の入力に対する出力特性が単峰特性となるようにして、疎結合とみなされる所定の一次側と二次側との総合結合係数が設定されるようにして、一次巻線及び二次巻線の少なくとも一方に対して直列に接続されるようにして挿入されるインダクタとを備えることとした。
Therefore, the present invention is configured as follows as a switching power supply circuit in consideration of the above-described problems.
That is, a switching unit formed by including a switching element that performs switching by inputting a DC input voltage, and a switching drive unit that switches the switching element.
Further, 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 induced by the primary winding is wound, and the primary side is formed. An insulating converter transformer is provided in which a gap length formed at a predetermined position of the core is set so that a predetermined coupling coefficient is obtained on the secondary side.
Further, the primary side series 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 resonance circuit is provided.
Further, a first inductance circuit is formed by at least the leakage inductance component of the secondary winding of the insulating converter transformer and the capacitance of the secondary side series resonance capacitor connected in series to the secondary winding, and is set in the primary side series resonance circuit. A secondary side series resonance circuit in which a predetermined second resonance frequency lower than the resonance frequency of 1 is set.
Also, a secondary side DC output voltage generating means for generating a secondary side DC output voltage by inputting a resonance output obtained in the secondary side series resonance circuit and performing a rectification operation, and a level of the secondary side DC output voltage. Accordingly, the switching drive means is controlled to vary the switching frequency of the switching means, thereby providing constant voltage control means for performing constant voltage control on the secondary side DC output voltage.
In addition, with respect to the electromagnetic coupling type resonance circuit formed by including the primary side series resonance circuit and the secondary side series resonance circuit, the output characteristic with respect to the input of the frequency signal having the switching frequency is a single peak characteristic. , Inserted so as to be connected in series with at least one of the primary winding and the secondary winding so that a total coupling coefficient of a predetermined primary side and secondary side regarded as loose coupling is set And an inductor to be provided.

上記構成によるスイッチング電源回路では、一次側直列共振回路を備える電流共振形コンバータとしての基本構成を採った上で、二次側においても、二次巻線と二次側直列共振コンデンサとにより直列共振回路を形成することとしている。この場合において、二次側直列共振回路の共振周波数(第2の共振周波数)は、一次側直列共振回路の共振周波数(第1の共振周波数)よりも低い所定値を設定することとしている。
このような構成を採ることで、本発明のスイッチング電源回路としては絶縁コンバータトランスの電磁結合による結合形共振回路を形成することになる。そして、絶縁コンバータトランス自体については所定のギャップ長によるギャップを形成することで所定の結合係数を設定したうえで、絶縁コンバータトランスの一次巻線及び二次巻線の少なくとも何れか一方に対して直列接続されるインダクタを挿入することで、このインダクタのインダクタンスと、絶縁コンバータトランス自体のリーケージインダクタンスとの合成により、電源回路内における絶縁コンバータトランスの総合的な結合係数(総合結合係数)について、疎結合と見なされるなる所定値が設定されるようにしている。
このようにして、絶縁コンバータトランスの総合結合係数について疎結合とされる値が設定されることで、上記結合形共振回路に対する入力であるスイッチング周波数の周波数信号(スイッチング出力)に対する出力特性として、急峻な単峰特性を得ることが可能となる。この結果、一次側にのみ直列共振回路を形成した場合よりも、安定化に要するスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)を縮小することができる。
また、上記単峰特性を得るに足る程度の疎結合の状態を得るのにあたっては、絶縁コンバータトランス自体のリーケージインダクタンスに対して、インダクタのインダクタンス合成させていることで、絶縁コンバータトランス自体のリーケージインダクタンスについては一定以下とすることができる。つまり、絶縁コンバータトランスのリーケージインダクタンスの決定要因であるギャップ長について一定以下とすることができ、特にギャップ長を拡大する必要が無くなる。
The switching power supply circuit having the above configuration adopts a basic configuration as a current resonance type converter including a primary side series resonance circuit, and also on the secondary side, series resonance is caused by the secondary winding and the secondary side series resonance capacitor. A circuit is to be formed. In this case, the resonance frequency (second resonance frequency) of the secondary side series resonance circuit is set to a predetermined value lower than the resonance frequency (first resonance frequency) of the primary side series resonance circuit.
By adopting such a configuration, a coupled resonance circuit by electromagnetic coupling of an insulating converter transformer is formed as the switching power supply circuit of the present invention. The insulating converter transformer itself is set in series with at least one of the primary winding and the secondary winding of the insulating converter transformer after setting a predetermined coupling coefficient by forming a gap with a predetermined gap length. By inserting the connected inductor and combining the inductance of this inductor with the leakage inductance of the isolated converter transformer itself, the overall coupling coefficient (total coupling coefficient) of the isolated converter transformer in the power circuit is loosely coupled. A predetermined value that is considered to be set is set.
In this way, by setting a value that is loosely coupled to the overall coupling coefficient of the insulating converter transformer, the output characteristics for the frequency signal (switching output) of the switching frequency that is the input to the coupled resonance circuit are steep. It is possible to obtain a simple unimodal characteristic. As a result, the variable range (necessary control range) of the switching frequency required for stabilization can be reduced as compared with the case where the series resonance circuit is formed only on the primary side.
In addition, in order to obtain a loosely coupled state sufficient to obtain the above single peak characteristic, the inductance inductance of the insulating converter transformer itself is combined with the leakage inductance of the insulating converter transformer itself, so that the leakage inductance of the insulating converter transformer itself is obtained. Can be kept below a certain level. That is, the gap length, which is a determining factor of the leakage inductance of the insulating converter transformer, can be set to a certain value or less, and it is not particularly necessary to increase the gap length.

上記のようにして本発明によっては、定電圧制御に必要なスイッチング周波数の可変制御範囲(必要制御範囲)が縮小されることになる。
これにより、先ず、スイッチング周波数制御のみによりワイドレンジ対応が可能な共振形コンバータを得ることが容易に実現化されることになる。そして、スイッチング周波数制御のみによるワイドレンジ対応が可能となることで、例えば、商用交流電源の定格レベルに応じて、整流回路系を切り換えたり、あるいは、ハーフブリッジ結合とフルブリッジ結合との間でスイッチング回路系を切り換えるための構成を採る必要はなくなる。これにより、その分回路構成部品の削減及び基板面積の削減が図られるほか、電子機器への電源回路の適用範囲が拡がったり、また、スイッチングノイズにも有利となるなどの効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the variable control range (necessary control range) of the switching frequency necessary for constant voltage control is reduced.
As a result, first, it is easy to obtain a resonant converter capable of handling a wide range only by switching frequency control. And it becomes possible to support a wide range only by switching frequency control, for example, switching the rectifier circuit system according to the rated level of commercial AC power supply, or switching between half-bridge coupling and full-bridge coupling There is no need to adopt a configuration for switching the circuit system. As a result, it is possible to reduce the number of circuit components and the area of the board, and to obtain an effect that the application range of the power supply circuit to the electronic device is expanded and that it is advantageous for switching noise.

また、上記したような本発明の効果を得るための基本構成としては、一次側直列共振回路を備える電流共振形コンバータの構成に対して、二次側直列共振コンデンサを追加するとともに、一次巻線及び/又は二次巻線に対して直列接続されるインダクタを備えるための構成を採ることとすればよいわけであり、部品点数の追加、あるいは変更などは、非常に小規模で済むことになる。   Further, as a basic configuration for obtaining the effect of the present invention as described above, a secondary side series resonance capacitor is added to the configuration of the current resonance type converter including the primary side series resonance circuit, and the primary winding And / or a configuration for providing an inductor connected in series with the secondary winding may be adopted, and the addition or change of the number of parts may be very small. .

また、上記のようにしてスイッチング周波数の必要制御範囲が縮小されることによっては、定電圧制御の応答性も向上されることとなる。このことは、例えば負荷電力が最大/無負荷の条件の間で切り換わるようにして変動する、いわゆるスイッチング負荷といわれるような負荷変動に対しても、これまでより高い応答性で以て定電圧制御を行うことが可能になるものであり、それだけ機器としての信頼性も向上することになる。   Further, by reducing the required control range of the switching frequency as described above, the response of the constant voltage control is also improved. This is because, for example, the load power fluctuates so as to switch between the maximum / no-load conditions, that is, a so-called switching load, a constant voltage with a higher response than before. Control can be performed, and the reliability of the device is improved accordingly.

図1は、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態ともいう)における、第1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。この図に示す電源回路は、一次側の基本構成として、ハーフブリッジ結合方式による他励式の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。
また、この図1に示される電源回路は、AC100V系とAC200V系の何れの商用交流電源入力にも対応して動作する、いわゆるワイドレンジ対応としての構成を採る。また、対応負荷電力としては、例えば、負荷電力Po=200W程度からPo=0W(無負荷)までの変動範囲に対応する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit as a first embodiment in the best mode for carrying out the present invention (hereinafter also referred to as an embodiment). The power supply circuit shown in this figure employs a configuration in which a partial voltage resonance circuit is combined with a separately excited current resonance converter using a half-bridge coupling method as a basic configuration on the primary side.
The power supply circuit shown in FIG. 1 adopts a so-called wide-range configuration that operates in accordance with any AC 100 V system or AC 200 V system commercial AC power input. Moreover, as corresponding load electric power, for example, it corresponds to the fluctuation range from about load electric power Po = 200W to Po = 0W (no load).

先ず、この図1に示す電源回路において、商用交流電源ACに対しては、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によるコモンモード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。
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。
First, in the power supply circuit shown in FIG. 1, a common mode noise filter including filter capacitors CL and CL and a common mode choke coil CMC is formed for 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.
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 the AC input voltage VAC.

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, 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、一次側部分共振コンデンサCpが並列に接続される。この一次側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(及び高周波インダクタL11のインダクタンス)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 primary side 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 primary side partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance L1 of the primary winding N1 (and the inductance of the high frequency inductor L11). A partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only when the switching elements Q1, Q2 are turned off is obtained.

また、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、例えばこの場合には、汎用のICを用いることができる。発振・ドライブ回路2の発振回路は、所要周波数の発振信号を発生させ、駆動回路は、上記発振信号を利用してMOS−FETをスイッチング駆動するためのゲート電圧であるスイッチング駆動信号を生成して、スイッチング素子Q1,Q2のゲートに印加するようにされる。これにより、スイッチング素子Q1,Q2は、スイッチング駆動信号の周期に応じたスイッチング周波数に従って、交互となるタイミングで連続的にオン/オフするようにしてスイッチング動作を行う。   In addition, an oscillation / drive circuit 2 is provided for switching the switching elements Q1, Q2. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit. In this case, for example, a general-purpose IC can be used. The oscillation circuit of the oscillation / drive circuit 2 generates an oscillation signal having a required frequency, and the drive circuit generates a switching drive signal that is a gate voltage for switching the MOS-FET by using the oscillation signal. The voltage is applied to the gates of the switching elements Q1, Q2. Thereby, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation so as to be continuously turned on / off at alternate timings according to the switching frequency according to the cycle of the switching drive signal.

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。
この絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の一方の端部は、この場合には高周波インダクタ(高周波チョークコイル)L11−一次側直列共振コンデンサC1の直列接続を介して、スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとの接続点(スイッチング出力点)に接続されることで、スイッチング出力が伝達されるようになっている。また、一次巻線N1の他方の端部は一次側アースと接続される。
The insulating converter transformer PIT is provided to transmit the switching outputs of the switching elements Q1, Q2 to the secondary side.
In this case, one end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is switched with the source of the switching element Q1 via a series connection of a high frequency inductor (high frequency choke coil) L11 and a primary side series resonance capacitor C1. Switching output is transmitted by being connected to a connection point (switching output point) with the drain of the element Q2. The other end of the primary winding N1 is connected to the primary side ground.

ここで、絶縁コンバータトランスPITは、図2の断面図に示すような構造を有する。
この図に示されるように、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を巻装する。このようにして一次側巻線(N1)及び二次側巻線(N2)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型コアの内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。
Here, the insulating converter transformer PIT has a structure as shown in the cross-sectional view 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 is wound around the other winding portion. By attaching the bobbin B on which the primary side winding (N1) and the secondary side winding (N2) are wound in this way to the EE type cores (CR1, CR2), the primary side winding and the secondary side Due to the different winding regions, the windings are wound around the inner magnetic legs of the EE type core. In this way, the structure of the insulating converter transformer PIT as a whole is obtained.

そのうえで、EE型コアの内磁脚に対しては、図のようにしてギャップGを形成する。この場合のギャップGとしては、例えばギャップ長1.6mm程度を設定しており、これによって一次側と二次側との結合係数kとしては、例えばk=0.75程度の状態を得るようにしている。従って、絶縁コンバータトランスPITの結合度としては、先に図20に示した先行技術としての電源回路と同様となる。なお、本実施の形態の電源回路における実際の結合係数kとしては、k=0.73を設定した。なお、ギャップGは、E型コアCR1,CR2の内磁脚を、2本の外磁脚よりも短くすることで形成することができる。   In addition, a gap G is formed as shown in the figure for the inner magnetic leg of the EE type core. In this case, as the gap G, for example, a gap length of about 1.6 mm is set, and as a result, a coupling coefficient k between the primary side and the secondary side is set to, for example, about k = 0.75. Yes. Accordingly, the degree of coupling of the insulating converter transformer PIT is the same as that of the power supply circuit as the prior art shown in FIG. Note that k = 0.73 was set as the actual coupling coefficient k in the power supply circuit of the present embodiment. The gap G can be formed by making the inner magnetic legs of the E-type cores CR1 and CR2 shorter than the two outer magnetic legs.

説明を図1に戻す。
絶縁コンバータトランスPITは、上記図2により説明した構造によって一次巻線N1に所定のリーケージインダクタンスL1を生じさせる。また、先に説明した接続態様によっては、一次巻線N1と一次側直列共振コンデンサC1とは、高周波インダクタL11を介して直列に接続されている。従って、上記一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1と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直列共振回路(一次側直列共振回路)が形成されることになる。
また、本実施の形態においては、一次巻線N1と一次側直列共振コンデンサC1との間に高周波インダクタL11が直列に挿入されていることで、上記した一次側直列共振回路を形成するインダクタンス成分としては、この高周波インダクタL11のインダクタンスと上記一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1を合成したもの(L1+L11)となる。
そして、上記一次側直列共振回路は、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力点に対して接続されており、従って、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力は、一次側直列共振回路に伝達されることになる。一次側直列共振回路では、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。
Returning to FIG.
The insulating converter transformer PIT generates a predetermined leakage inductance L1 in the primary winding N1 by the structure described with reference to FIG. Further, depending on the connection mode described above, the primary winding N1 and the primary side series resonance capacitor C1 are connected in series via the high frequency inductor L11. Accordingly, a series resonance circuit (primary side series resonance circuit) is formed by the leakage inductance L1 of the primary winding N1 and the capacitance of the primary side series resonance capacitor C1.
In the present embodiment, since the high frequency inductor L11 is inserted in series between the primary winding N1 and the primary side series resonance capacitor C1, the inductance component that forms the primary side series resonance circuit described above is used. Is a combination of the inductance of the high-frequency inductor L11 and the leakage inductance L1 of the primary winding N1 (L1 + L11).
The primary side series resonance circuit is connected to the switching output points of the switching elements Q1 and Q2. Therefore, the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 are transmitted to the primary side series resonance circuit. Become. In the primary side series resonance circuit, the resonance operation is performed by the transmitted switching output, so that the operation of the primary side switching converter is a current resonance type.

また、本実施の形態としては、上記しているように、一次巻線N1に対して高周波インダクタL11を直列に接続している。この場合、高周波インダクタL11が一次巻線N1に対して直列関係にあることで、等価的には、高周波インダクタL11のインダクタンスは、一次巻線N1のリーケージインダクタンス成分としてみなすことができる。従って、絶縁コンバータトランスPITにおける一次側のリーケージインダクタンスとしてては、L11+L1となる。
このために、絶縁コンバータトランスPITそのものとしての結合係数kとしては、前述したように、k=0.73となるのであるが、上記のようにして、一次側のリーケージインダクタンスが、高周波インダクタL11のインダクタンスの合成分によって見かけ上増加することで、電源回路内における絶縁コンバータトランスPITの総合的な結合係数(総合結合係数)ktとしては、0.73よりも低い値が得られることになる。つまり、電源回路における絶縁コンバータトランスPITの結合度としては、絶縁コンバータトランスPITの構造そのものによる結合係数kに対して、より低く設定されることになる。本実施の形態としては、高周波インダクタL11について所定のインダクタンス値を設定することで、総合結合係数ktについて、0.65程度を設定することとし、実際としては、kt=0.64を設定することとしている。
In the present embodiment, as described above, the high frequency inductor L11 is connected in series to the primary winding N1. In this case, since the high-frequency inductor L11 is in a series relationship with the primary winding N1, equivalently, the inductance of the high-frequency inductor L11 can be regarded as a leakage inductance component of the primary winding N1. Therefore, the leakage inductance on the primary side in the insulating converter transformer PIT is L11 + L1.
For this reason, the coupling coefficient k as the insulating converter transformer PIT itself is k = 0.73 as described above. However, as described above, the leakage inductance on the primary side is equal to that of the high-frequency inductor L11. As a result of an apparent increase due to the combined inductance, a value lower than 0.73 is obtained as the overall coupling coefficient (total coupling coefficient) kt of the insulating converter transformer PIT in the power supply circuit. That is, the degree of coupling of the insulating converter transformer PIT in the power supply circuit is set lower than the coupling coefficient k due to the structure of the insulating converter transformer PIT itself. In the present embodiment, by setting a predetermined inductance value for the high-frequency inductor L11, the total coupling coefficient kt is set to about 0.65, and in practice, kt = 0.64 is set. It is said.

ところで、これまでの説明によると、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−L11−C1)による電流共振形としての動作と、前述した一次側部分電圧共振回路(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の一次側においては、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構成を採っている。ここでは、このように2つの共振回路が組み合わされて成るスイッチングコンバータを、「複合共振形コンバータ」ということにする。
By the way, according to the description so far, as the primary side switching converter shown in this figure, the operation as the current resonance type by the primary side series resonance circuit (L1-L11-C1) and the above-described primary side partial voltage resonance circuit ( Cp // L1) and partial voltage resonance operation can be obtained.
That is, on the primary side of the power supply circuit shown in this figure, a configuration in which the resonance circuit for making the primary side switching converter a resonance type is combined with another resonance circuit is adopted. Here, a switching converter in which two resonance circuits are combined in this way is referred to as a “composite resonance type converter”.

絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2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(誘起)される。
この場合、二次巻線N2については、先ず、一方の端部側に対して直列に二次側直列共振コンデンサC2を接続している。これにより、二次側直列共振コンデンサC2のキャパシタンスと、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2とによって二次側直列共振回路を形成することになる。つまり、本実施の形態としては、絶縁コンバータトランスPITの一次側と二次側とのそれぞれにおいて直列共振回路が形成される。
An alternating voltage corresponding to the switching output transmitted to the primary winding N1 is excited (induced) in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT.
In this case, for the secondary winding N2, first, a secondary side series resonance capacitor C2 is connected in series with one end side. As a result, a secondary side series resonance circuit is formed by the capacitance of the secondary side series resonance capacitor C2 and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2. That is, in this embodiment, a series resonant circuit is formed on each of the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer PIT.

上記二次側直列共振回路(L2−C2)に対しては、4本の整流ダイオードDo1〜Do4を図示するようにして接続して成るブリッジ整流回路と平滑コンデンサCoとにより形成される全波整流回路が接続される。
この全波整流回路によっては、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期において、ブリッジ整流回路の整流ダイオード[Do1,Do4]の組が導通して、平滑コンデンサCoに対して整流電流を充電する動作が得られる。また、二次巻線N2に励起される交番電圧の他方の半周期においては、整流ダイオード[Do2,Do3]の組が導通して平滑コンデンサCoに対して整流電流を充電する動作が得られる。
これによって平滑コンデンサCoの両端電圧として、二次巻線N2に励起される交番電圧のレベルの等倍に対応したレベルによる二次側直流出力電圧Eoが得られる。
このようにして得られた二次側直流出力電圧Eoは、図示しない負荷に供給されるとともに、後述する制御回路1のための検出電圧としても分岐して入力される。
また、上記全波整流回路は、二次側直列共振回路の共振出力について整流平滑動作を行っていることから、この全波整流回路による二次側整流動作としても電流共振形となる。つまり、整流電流波形としては、二次側直列共振回路の共振周波数による正弦波形を含むことになる。
For the secondary side series resonant circuit (L2-C2), full-wave rectification formed by a bridge rectifier circuit formed by connecting four rectifier diodes Do1 to Do4 as shown in the figure and a smoothing capacitor Co. The circuit is connected.
Depending on the full-wave rectifier circuit, in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the pair of rectifier diodes [Do1, Do4] of the bridge rectifier circuit is turned on, and is connected to the smoothing capacitor Co. The operation of charging the rectified current is obtained. Further, in the other half cycle of the alternating voltage excited by the secondary winding N2, the operation of charging the rectified current to the smoothing capacitor Co by obtaining the set of the rectifier diodes [Do2, Do3] conductive.
As a result, the secondary side DC output voltage Eo having a level corresponding to the same level as the level of the alternating voltage excited in the secondary winding N2 is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Co.
The secondary side DC output voltage Eo obtained in this way is supplied to a load (not shown) and is also branched and input as a detection voltage for the control circuit 1 described later.
Further, since the full-wave rectifier circuit performs a rectifying and smoothing operation on the resonance output of the secondary side series resonant circuit, the secondary side rectifying operation by the full-wave rectifier circuit is also of a current resonance type. That is, the rectified current waveform includes a sine waveform based on the resonance frequency of the secondary side series resonance circuit.

ここで、本実施の形態においては、一次側直列共振回路の共振周波数fo1と、上記二次側直列共振回路の共振周波数fo2とについて、
fo1>fo2
で表される関係を満たすべきこととしている。そして、実際においては、二次側直列共振回路の共振周波数fo2が、一次側直列共振回路の共振周波数fo1に対して約2/3となるようにして設定している。図1に示す電源回路の実際として、一次側直列共振回路の共振周波数fo1は約60kHzが設定されるので、二次側直列共振回路の共振周波数fo2としては、40kHz程度に設定されることになる。
Here, in the present embodiment, the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit are as follows.
fo1> fo2
The relationship expressed by In practice, the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit is set to be about 2/3 of the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit. As the actual power supply circuit shown in FIG. 1, since the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit is set to about 60 kHz, the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit is set to about 40 kHz. .

また、図1に示す電源回路の二次側においては、二次側直列共振回路(L2−C2)に対して並列に二次側部分共振コンデンサCp2を挿入している。
この二次側部分共振コンデンサCp2のキャパシタンスと二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2によっては、二次側部分電圧共振回路としての並列共振回路が形成される。そして、この二次側部分電圧共振回路によっては、二次側の全波整流回路を形成する整流ダイオード[Do1,Do4]の組と、整流ダイオード[Do2,Do3]の各組がターンオフするタイミングにおいてのみ電圧共振する二次側部分電圧共振動作が得られるようになっている。
この部分電圧共振動作によって、整流ダイオード[Do1,Do4][Do2,Do3]の各組のターンオフ時に生じる逆方向電流を流す経路が形成されることとなって、このときの無効電力が低減される結果、二次側整流回路における電力損失の低減が図られる。
Further, on the secondary side of the power supply circuit shown in FIG. 1, a secondary side partial resonance capacitor Cp2 is inserted in parallel with the secondary side series resonance circuit (L2-C2).
A parallel resonance circuit as a secondary side partial voltage resonance circuit is formed by the capacitance of the secondary side partial resonance capacitor Cp2 and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2. Depending on the secondary side partial voltage resonance circuit, at the timing when the pair of rectifier diodes [Do1, Do4] and the pair of rectifier diodes [Do2, Do3] forming the full-wave rectifier circuit on the secondary side are turned off. Only the secondary side partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs is obtained.
By this partial voltage resonance operation, a path through which a reverse current generated at the time of turn-off of each pair of rectifier diodes [Do1, Do4] [Do2, Do3] is formed, and the reactive power at this time is reduced. As a result, power loss in the secondary rectifier circuit can be reduced.

これまでの説明によれば、本実施の形態のスイッチング電源回路は、一次側に一次側直列共振回路(L1−L11−C1)及び一次側部分電圧共振回路(L1(−L11)//Cp)を備え、二次側には二次側直列共振回路(L2−C2)及び二次側部分電圧共振回路(L2//Cp2)を備えることになる。
先にも述べたように、一次側におけるような直列共振回路と部分電圧共振回路とによる2つの共振回路が組み合わされたスイッチングコンバータについては、複合共振形コンバータということとしたが、本実施の形態のようにして3以上の共振回路が組み合わされたスイッチングコンバータについては多重共振形コンバータということにする。
According to the description so far, the switching power supply circuit according to the present embodiment has a primary side series resonance circuit (L1-L11-C1) and a primary side partial voltage resonance circuit (L1 (-L11) // Cp) on the primary side. The secondary side is provided with a secondary side series resonance circuit (L2-C2) and a secondary side partial voltage resonance circuit (L2 // Cp2).
As described above, the switching converter in which the two resonance circuits including the series resonance circuit and the partial voltage resonance circuit on the primary side are combined is referred to as a composite resonance type converter. A switching converter in which three or more resonance circuits are combined as described above is referred to as a multiple resonance type converter.

制御回路1は、二次側直流出力電圧Eoをスイッチング周波数制御方式により安定化するために設けられる。
この場合の制御回路1は、検出入力である二次側直流出力電圧Eoのレベル変化に応じた検出出力を発振・ドライブ回路2に供給する。発振・ドライブ回路2では、入力された制御回路1の検出出力に応じてスイッチング周波数が可変されるようにしてスイッチング素子Q1,Q2を駆動する。このためには、内部の発振回路により生成する発振信号の周波数を可変することになる。
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側に伝送される電力量が変化するが、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。
The control circuit 1 is provided to stabilize the secondary side DC output voltage Eo by the switching frequency control method.
In this case, the control circuit 1 supplies the oscillation / drive circuit 2 with a detection output corresponding to the level change of the secondary side DC output voltage Eo as a detection input. 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. For this purpose, the frequency of the oscillation signal generated by the internal oscillation circuit is varied.
By changing the switching frequency of the switching elements Q1 and Q2, the resonance impedance of the primary side series resonance circuit changes, and the amount of electric power transmitted from the primary winding N1 to the secondary winding N2 side of the insulating converter transformer PIT is reduced. Although it changes, this operates so as to stabilize the level of the secondary side DC output voltage Eo.

詳細は後述するが、本実施の形態の電源回路におけるスイッチング周波数制御方式としては、一次側直列共振回路の共振周波数fo1及び二次側直列共振回路の共振周波数fo2により決まる中間共振周波数foに対して、これより高い周波数範囲をスイッチング周波数の可変範囲として設定している。つまり、いわゆるアッパーサイド制御の方式を採る。
一般的なこととして、直列共振回路は、共振周波数において最も共振インピーダンスが低くなる。このことから、本実施の形態のようにして、直列共振回路の共振周波数に基づくアッパーサイド制御方式を採る場合には、スイッチング周波数fsが高くなっていくのに応じて、共振インピーダンスを高くすることになる。
従って、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ことになる。これは共振インピーダンスを低くすることとなり、一次側から二次側への電力伝送量が増加することになるために、二次側直流出力電圧Eoが上昇する。
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。これにより、共振インピーダンスは高くなって上記電力伝送量が低減するために、二次側直流出力電圧Eoは低下する。このようにして、スイッチング周波数が可変されることによって、二次側直流出力電圧Eoが安定化されることになる。
Although details will be described later, the switching frequency control method in the power supply circuit of the present embodiment is based on the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the intermediate resonance frequency fo determined by the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit. A higher frequency range is set as a variable range of the switching frequency. That is, a so-called upper side control method is adopted.
As a general matter, a series resonance circuit has the lowest resonance impedance at the resonance frequency. Therefore, when the upper side control method based on the resonance frequency of the series resonance circuit is adopted as in the present embodiment, the resonance impedance is increased as the switching frequency fs increases. become.
Therefore, 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. This lowers the resonance impedance and increases the amount of power transmitted from the primary side to the secondary side, so that the secondary side DC output voltage Eo rises.
On the other hand, when the secondary side DC output voltage Eo rises due to a light load tendency, the switching frequency is controlled to be increased. As a result, the resonance impedance is increased and the power transmission amount is reduced, so that the secondary side DC output voltage Eo is lowered. Thus, the secondary side DC output voltage Eo is stabilized by changing the switching frequency.

上記構成による図1の電源回路では、一次側と二次側とで、それぞれ直列共振回路(一次側直列共振回路(L1−L11−C1)、二次側直列共振回路(L2−C2))を備えるようにされている。本実施の形態では、このような構成を採ることで、電流共振形コンバータを基とする電源回路として、AC100V系及びAC200V系の商用交流電源入力に対応して動作する、いわゆるワイドレンジ対応として実用可能となる。この点について、図4、図5を参照して説明する。   In the power supply circuit of FIG. 1 having the above-described configuration, on the primary side and the secondary side, series resonance circuits (primary side series resonance circuit (L1-L11-C1) and secondary side series resonance circuit (L2-C2)) are respectively provided. It is made to prepare. In this embodiment, by adopting such a configuration, as a power circuit based on a current resonance type converter, it operates in response to a commercial AC power input of AC100V system and AC200V system, and is practically used for a so-called wide range. It becomes possible. This point will be described with reference to FIGS.

図3の回路図は、図1に示す本実施の形態の電源回路について、一次側直列共振回路と二次側直列共振回路との関係によりみた場合の等価回路を示している。なお、この等価回路図において、図1と同一部分には、同一符号を付している。
この図においては、1:nの巻線比となる所定巻数の一次巻線N1と二次巻線N2を巻装した絶縁コンバータトランスPITが示されている。また、この図において、絶縁コンバータトランスPITにおける一次側と二次側との結合度を示す結合係数としては、前述した総合結合係数ktとしてみることになる。
この絶縁コンバータトランスPITの一次側において、L1l、L1eは、それぞれ、一次巻線N1のリーケージ(漏洩)インダクタンス、一次巻線N1の励磁インダクタンスを示す。また、絶縁コンバータトランスPITの二次側のL2l、L2eは、それぞれ二次巻線N2のリーケージ(漏洩)インダクタンス、二次巻線N2の励磁インダクタンスを示す。なお、確認のために述べておくと、ここで示される一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1lは、一次巻線N1そのもののリーケージインダクタンスL1と、高周波インダクタL11のインダクタンスが合成されたものとなる。
The circuit diagram of FIG. 3 shows an equivalent circuit when the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 1 is viewed from the relationship between the primary side series resonant circuit and the secondary side series resonant circuit. In this equivalent circuit diagram, the same parts as those in FIG.
In this figure, an insulating converter transformer PIT is shown in which a primary winding N1 and a secondary winding N2 of a predetermined number of turns having a winding ratio of 1: n are wound. In this figure, the coupling coefficient indicating the degree of coupling between the primary side and the secondary side in the insulating converter transformer PIT is regarded as the above-described total coupling coefficient kt.
On the primary side of the insulating converter transformer PIT, L1l and L1e indicate a leakage (leakage) inductance of the primary winding N1 and an excitation inductance of the primary winding N1, respectively. Further, L2l and L2e on the secondary side of the insulating converter transformer PIT respectively indicate a leakage (leakage) inductance of the secondary winding N2 and an excitation inductance of the secondary winding N2. For confirmation, the leakage inductance L1l of the primary winding N1 shown here is a combination of the leakage inductance L1 of the primary winding N1 itself and the inductance of the high-frequency inductor L11.

この図3に示す等価回路図において、絶縁コンバータトランスPITの一次側では、スイッチング周波数fsによる交流(周波数信号)が入力されている。つまり、一次側スイッチングコンバータ(スイッチング素子Q1,Q2)のスイッチング出力が入力となっている。
そして、絶縁コンバータトランスPITの一次側では、このスイッチング周波数fsによる交流の入力を、一次側直列共振回路に供給することになる。この一次側直列共振回路は、図示するようにして、一次側直列共振コンデンサC1−リーケージインダクタンスL1lを一次巻線N1に対して直列に接続するとともに、励磁インダクタンスL1eを一次巻線N1に対して並列に接続したものとしてみることができる。
また、絶縁コンバータトランスPITの二次側直列共振回路としても、同様に、二次側直列共振コンデンサC2−リーケージインダクタンスL2lを二次巻線N2に対して直列に接続するとともに、励磁インダクタンスL2eを二次巻線N2に対して並列に接続したものとしてみることができる。また、この図では、上記のようにして形成される二次側直列共振回路の出力を負荷RLに出力することとしている。ここでの負荷RLは、二次側全波整流回路以降の回路及び負荷となる。
In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 3, an alternating current (frequency signal) with a switching frequency fs is input on the primary side of the insulating converter transformer PIT. That is, the switching output of the primary side switching converter (switching elements Q1, Q2) is an input.
Then, on the primary side of the insulating converter transformer PIT, an AC input with the switching frequency fs is supplied to the primary side series resonance circuit. In the primary side series resonance circuit, as shown in the figure, the primary side series resonance capacitor C1−leakage inductance L1l is connected in series to the primary winding N1, and the excitation inductance L1e is parallel to the primary winding N1. Can be viewed as connected to
Similarly, as the secondary side series resonance circuit of the insulating converter transformer PIT, the secondary side series resonance capacitor C2−leakage inductance L2l is connected in series to the secondary winding N2, and the excitation inductance L2e is set to two. It can be viewed as being connected in parallel to the next winding N2. In this figure, the output of the secondary side series resonance circuit formed as described above is output to the load RL. The load RL here is a circuit and a load after the secondary-side full-wave rectifier circuit.

上記した接続態様となる図3の等価回路においては、絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数kt、一次巻線N1の自己インダクタンスをL1とすると、一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1lについて
L1l=(1−kt2)L1・・・(式1)
により表すことができる。
また、一次巻線N1の励磁インダクタンスL1eについては、
L1e=kt2×L1・・・(式2)
により表すことができる。
同様にして、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2l、励磁インダクタンスL2eについては、一次巻線N2の自己インダクタンスをL2とすると、それぞれ、
L2l=(1−kt2)L2・・・(式3)
L2e=kt2×L2・・・(式4)
により表される。
In the equivalent circuit of FIG. 3 as the above connection mode, assuming that the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT and the self-inductance of the primary winding N1 are L1, the leakage inductance L1l of the primary winding N1 is L1l = (1− kt 2 ) L1 (Formula 1)
Can be represented by
Also, regarding the exciting inductance L1e of the primary winding N1,
L1e = kt 2 × L1 (Formula 2)
Can be represented by
Similarly, regarding the leakage inductance L2l and excitation inductance L2e of the secondary winding N2, if the self-inductance of the primary winding N2 is L2, respectively,
L2l = (1−kt 2 ) L2 (Formula 3)
L2e = kt 2 × L2 (Formula 4)
It is represented by

ここで、図3に示す等価回路においては、絶縁コンバータトランスPITの電磁誘導を介して、一次側に一次側直列共振回路を備え、二次側に二次側直列共振回路を備えていることが示されている。従って、この図に示す回路は、電磁結合による結合形共振回路を形成しているものとしてみることができる。このために、図1に示す電源回路における二次側直流出力電圧Eoについての定電圧制御特性は、絶縁コンバータトランスPITの結合度(結合係数k)に応じて異なるものとなる。この点について図4を参照して説明する。   Here, the equivalent circuit shown in FIG. 3 includes a primary side series resonant circuit on the primary side and a secondary side series resonant circuit on the secondary side via electromagnetic induction of the insulating converter transformer PIT. It is shown. Therefore, the circuit shown in this figure can be regarded as forming a coupled resonance circuit by electromagnetic coupling. For this reason, the constant voltage control characteristic for the secondary side DC output voltage Eo in the power supply circuit shown in FIG. 1 differs depending on the degree of coupling (coupling coefficient k) of the insulating converter transformer PIT. This point will be described with reference to FIG.

図4は、上記図3の等価回路についての、入力(スイッチング周波数信号)に対する出力特性を示している。つまり、二次側直流出力電圧Eoについての制御特性をスイッチング周波数fsとの関係により示している。この図では、スイッチング周波数を横軸にとり、二次側直流出力電圧Eoのレベルを縦軸にとっている。
図1にて説明したように、本実施の形態としては、一次側直列共振回路の共振周波数fo1と二次側直列共振回路の共振周波数fo2とについては、共振周波数fo1のほうが高い周波数となる。図4においてスイッチング周波数fsを示す横軸に対しては、共振周波数fo1,fo2を対応させて示しているが、この図4においても、共振周波数fo1のほうが共振周波数fo2よりも高くなっている。
FIG. 4 shows the output characteristics with respect to the input (switching frequency signal) for the equivalent circuit of FIG. That is, the control characteristic for the secondary side DC output voltage Eo is shown by the relationship with the switching frequency fs. In this figure, the horizontal axis represents the switching frequency, and the vertical axis represents the level of the secondary side DC output voltage Eo.
As described with reference to FIG. 1, in the present embodiment, the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit are higher. In FIG. 4, the horizontal axis indicating the switching frequency fs is shown to correspond to the resonance frequencies fo1 and fo2, but also in this FIG. 4, the resonance frequency fo1 is higher than the resonance frequency fo2.

ここで、絶縁コンバータトランスPITの結合度について、総合結合係数kt=1となる密結合とされる状態を設定したとする。すると、この場合の一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1l、及び二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2lは、それぞれ、上記(式1)(式3)に対してkt=1を代入することで、
L1l=L2l=0・・・(式5)
として表されることになる。つまり、絶縁コンバータトランスPITが密結合であることで、一次巻線N1及び二次巻線N2のリーケージインダクタンスは存在していない状態であることが示される。
Here, it is assumed that the coupling degree of the insulating converter transformer PIT is set to a tight coupling state where the total coupling coefficient kt = 1. Then, the leakage inductance L1l of the primary winding N1 and the leakage inductance L2l of the secondary winding N2 in this case are obtained by substituting kt = 1 into the above (formula 1) and (formula 3), respectively.
L1l = L2l = 0 (Formula 5)
Will be represented as That is, it is shown that the leakage inductance of the primary winding N1 and the secondary winding N2 does not exist because the insulating converter transformer PIT is tightly coupled.

このようにして、絶縁コンバータトランスPITの一次側と二次側とが密結合とされる状態での定電圧制御特性としては、図4の特性曲線1として示すように、一次側直列共振回路の共振周波数fo1と二次側直列共振回路の共振周波数fo2とは異なる周波数f1、f2において二次側直流出力電圧Eoがピークとなる、いわゆる双峰特性となる。
ここで、周波数f1は、

Figure 2006074897
で表され、
周波数f2は、
Figure 2006074897
で表される。
また、上記(数1)(数2)における項の1つであるfoは、一次側直列共振回路の共振周波数fo1と、二次側直列共振回路の共振周波数fo2との中間に存在する中間共振周波数であり、1次側のインピーダンスと2次側のインピーダンスと、一次側と二次側とで共通となるインピーダンス(相互結合インダクタンスM)により決定される周波数である。
なお、相互結合インダクタンスMについては、
Figure 2006074897
により表される。 As described above, as a constant voltage control characteristic in a state where the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer PIT are tightly coupled, as shown as a characteristic curve 1 in FIG. The resonance frequency fo1 and the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit have so-called bimodal characteristics in which the secondary side DC output voltage Eo peaks at frequencies f1 and f2.
Here, the frequency f1 is
Figure 2006074897
Represented by
The frequency f2 is
Figure 2006074897
It is represented by
Further, fo which is one of the terms in the above (Equation 1) and (Equation 2) is an intermediate resonance that exists between the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the resonance frequency fo2 of the secondary side series resonance circuit. The frequency is determined by the impedance on the primary side, the impedance on the secondary side, and the impedance (mutual coupling inductance M) that is common to the primary side and the secondary side.
For the mutual coupling inductance M,
Figure 2006074897
It is represented by

また、上記した総合結合係数ktについて、kt=1の状態から徐々に小さくしていったとする、つまり、密結合の状態から徐々に疎結合の度合いを高くしていったとすると、図4に示される特性曲線1は、双峰の傾向が徐々に希薄となって、中間共振周波数fo近傍で平坦化していくような変化を示す。そして、ある総合結合係数ktにまで低下した段階で、いわゆる臨界結合の状態となる。この臨界結合の状態では、特性曲線2として示すようにして、双峰特性としての傾向ではなくなっており、中間共振周波数foを中心として曲線形状が平坦となる特性となる。   Further, assuming that the total coupling coefficient kt is gradually reduced from the state of kt = 1, that is, when the degree of loose coupling is gradually increased from the tightly coupled state, FIG. The characteristic curve 1 shows a change in which the bimodal tendency gradually diminishes and becomes flat near the intermediate resonance frequency fo. Then, when the total coupling coefficient kt is reduced to a certain level, a so-called critical coupling state is obtained. In this critical coupling state, as shown by the characteristic curve 2, there is no tendency as a bimodal characteristic, and the curve shape becomes flat with the intermediate resonance frequency fo as the center.

そして、さらに、上記臨界結合の状態から総合結合係数ktを小さくしていって、疎結合の状態を強めていったとすると、図4の特性曲線3として示すように、中間周波数foにおいてのみピークとなる単峰特性が得られる。また、この特性曲線3と、特性曲線1,2とを比較してみると、特性曲線3は、ピークレベルそのものは特性曲線1,2より低下するものの、その二次関数的な曲線形状として、より急峻な傾斜を有していることが分かる。
本実施の形態の絶縁コンバータトランスPITは、総合結合係数kt≦0.75とされる疎結合の状態が設定されている。この結合係数kの設定では、上記特性曲線3として示される単峰特性による動作となる。
Further, if the overall coupling coefficient kt is decreased from the critical coupling state and the loose coupling state is strengthened, the peak is obtained only at the intermediate frequency fo as shown by the characteristic curve 3 in FIG. A unimodal characteristic is obtained. Further, when comparing the characteristic curve 3 with the characteristic curves 1 and 2, the characteristic curve 3 has a peak level itself lower than that of the characteristic curves 1 and 2, but as a quadratic curve shape thereof, It can be seen that it has a steeper slope.
Insulating converter transformer PIT of the present embodiment is set in a loosely coupled state in which total coupling coefficient kt ≦ 0.75. In the setting of the coupling coefficient k, the operation is based on the single peak characteristic shown as the characteristic curve 3.

ここで、上記図4に示す単峰特性と、先に図23に示した先行技術の電源回路(図20)の複合共振形コンバータの定電圧制御特性とを実際に比較してみると、図4に対して図23に示した特性は、二次関数的には相当に緩やかな傾斜となる。   Here, when the unimodal characteristic shown in FIG. 4 is compared with the constant voltage control characteristic of the composite resonant converter of the prior art power supply circuit (FIG. 20) shown in FIG. On the other hand, the characteristic shown in FIG. 23 with respect to 4 has a considerably gentle slope in terms of a quadratic function.

図20に示した電源回路では、上記のようにして図23に示す特性が曲線的に緩やかであることから、二次側直流出力電圧Eoについて定電圧制御を行うためのスイッチング周波数の必要制御範囲は、例えば単レンジ対応の条件下であっても、fs=80kHz〜200kHz以上でΔfs=120kHz以上となる。このために、スイッチング周波数制御による定電圧制御のみによって、ワイドレンジ対応とすることが非常に困難であることは、先に説明したとおりである。   In the power supply circuit shown in FIG. 20, since the characteristic shown in FIG. 23 is gradual as described above, the necessary control range of the switching frequency for performing the constant voltage control on the secondary side DC output voltage Eo. For example, even under conditions corresponding to a single range, Δfs = 120 kHz or more when fs = 80 kHz to 200 kHz or more. For this reason, as described above, it is very difficult to adapt to a wide range only by constant voltage control by switching frequency control.

これに対して、本実施の形態の定電圧制御特性としては、上記図4の特性曲線3により示される単峰特性であることで、定電圧制御動作としては、図5に示すものとなる。
図5においては、図1に示す本実施の形態の電源回路についての、交流入力電圧VAC=100V時(AC100V系)における最大負荷電力Pomax時、最小負荷電力Pomin時の各特性曲線A,Bと、交流入力電圧VAC=230V時(AC200V系)における最大負荷電力Pomax時、最小負荷電力Pomin時の各特性曲線C,Dとの、4つの特性曲線が示されている。
On the other hand, the constant voltage control characteristic of the present embodiment is a single-peak characteristic indicated by the characteristic curve 3 in FIG. 4, and the constant voltage control operation is as shown in FIG.
5, the characteristic curves A and B for the maximum load power Pomax and the minimum load power Pomin when the AC input voltage VAC = 100 V (AC 100 V system) for the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. Four characteristic curves are shown, which are characteristic curves C and D at the maximum load power Pomax and at the minimum load power Pomin when the AC input voltage VAC = 230 V (AC 200 V system).

この図5から分かるように、先ず、AC100V系の入力に対応する交流入力電圧VAC=100V時において、二次側直流出力電圧Eoを所要の定格レベルtgで定電圧化するために必要となるスイッチング周波数の可変制御範囲(必要制御範囲)は、Δfs1で示されることになる。つまり、特性曲線Aにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fsから、特性曲線Bにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fsまでの周波数範囲となる。
また、AC200V系の入力に対応する交流入力電圧VAC=230V時において、二次側直流出力電圧Eoを所要の定格レベルtgで定電圧化するために必要となるスイッチング周波数の可変制御範囲(必要制御範囲)は、Δfs2で示される。つまり、特性曲線Cにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fsから、特性曲線Dにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fsまでの周波数範囲となる。
As can be seen from FIG. 5, first, when the AC input voltage VAC = 100V corresponding to the AC 100V system input, the switching required for making the secondary side DC output voltage Eo constant at the required rated level tg. The frequency variable control range (necessary control range) is indicated by Δfs1. That is, the frequency range is from the switching frequency fs at level tg in the characteristic curve A to the switching frequency fs at level tg in the characteristic curve B.
In addition, when the AC input voltage VAC = 230 V corresponding to the AC 200 V system input, the variable control range (necessary control) of the switching frequency necessary for making the secondary side DC output voltage Eo constant at the required rated level tg. (Range) is indicated by Δfs2. That is, the frequency range is from the switching frequency fs at level tg in the characteristic curve C to the switching frequency fs at level tg in the characteristic curve D.

前述したように、本実施の形態における二次側直流出力電圧Eoの制御特性である単峰特性は、先に図23に示した制御特性と比較して、二次関数曲線的に相当に急峻である。
このために、上記した交流入力電圧VAC=100V時、VAC=230V時の各必要制御範囲となるΔfs1、Δfs2は、図23に示されるΔfsと比較して相当に縮小されたものとなっている。例えば、実際に測定したΔfs1、Δfs2としては、それぞれ4kHz以内であり、図23に示されるΔfsの実際に対して1/30程度にまで縮小されている。
そのうえで、Δfs1における最低スイッチング周波数(特性曲線Aにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fs)から、Δfs2における最高スイッチング周波数(特性曲線Aにおいてレベルtgとなるスイッチング周波数fs)までの周波数可変範囲(ΔfsA)としても、相応に狭いものとなっている。
As described above, the unimodal characteristic that is the control characteristic of the secondary side DC output voltage Eo in the present embodiment is considerably steep in a quadratic function curve as compared with the control characteristic shown in FIG. It is.
For this reason, Δfs1 and Δfs2 that are the respective required control ranges when the AC input voltage VAC = 100V and VAC = 230V are considerably reduced as compared with Δfs shown in FIG. . For example, Δfs1 and Δfs2 actually measured are within 4 kHz, and are reduced to about 1/30 of the actual Δfs shown in FIG.
In addition, the frequency variable range (ΔfsA) from the lowest switching frequency at Δfs1 (switching frequency fs at level tg in characteristic curve A) to the highest switching frequency at Δfs2 (switching frequency fs at level tg in characteristic curve A) is also used. , It is correspondingly narrow.

ここで、図1に示す本実施の形態の電源回路における実際の上記周波数可変範囲ΔfsAは、現状におけるスイッチング駆動用IC(発振・ドライブ回路2)が対応するスイッチング周波数の可変範囲内に充分に収まるものとなっている。つまり、図1に示す電源回路では、スイッチング周波数について、現実に、周波数可変範囲ΔfsAで可変制御することが可能とされている。そして、このことは、図1に示す電源回路が、AC100V系とAC200V系の何れの商用交流電源入力にも対応して、二次側直流出力電圧Eoを安定化可能であることを意味する。つまり、図1に示す電源回路は、スイッチング周波数制御のみによって、ワイドレンジ対応を可能としている。   Here, the actual frequency variable range ΔfsA in the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 1 is sufficiently within the variable range of the switching frequency corresponding to the current switching drive IC (oscillation / drive circuit 2). It has become a thing. That is, in the power supply circuit shown in FIG. 1, the switching frequency can be actually variably controlled within the frequency variable range ΔfsA. This means that the power supply circuit shown in FIG. 1 can stabilize the secondary side DC output voltage Eo in accordance with any commercial AC power supply input of AC100V system and AC200V system. In other words, the power supply circuit shown in FIG. 1 can support a wide range only by switching frequency control.

ちなみに、電磁結合による結合形共振回路は、例えば中間周波トランス増幅器などのようにして、通信技術において、トランジスタによる増幅回路の増幅帯域幅を拡大するための手法として既に知られてはいる。しかしながら、このような分野では、密結合での双峰特性、或いは臨界結合での平担特性を用いているものであり、疎結合での単峰特性は用いられてはいない。本実施の形態では、このような電磁結合による結合形共振回路の技術において、通信技術の分野では採用されていなかった疎結合での単峰特性を、共振形スイッチングコンバータの分野において積極的に用いている、ということがいえる。これにより、上記のようにして、二次側直流出力電圧Eoを安定化するために必要なスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)を縮小し、スイッチング周波数制御での定電圧制御のみによるワイドレンジ対応を可能としているものである。   Incidentally, a coupled resonance circuit using electromagnetic coupling is already known as a technique for expanding the amplification bandwidth of an amplifier circuit using a transistor, for example, as an intermediate frequency transformer amplifier. However, in such a field, the bimodal characteristic in the tight coupling or the flat characteristic in the critical coupling is used, and the single peak characteristic in the loose coupling is not used. In the present embodiment, in such a coupled resonant circuit technology using electromagnetic coupling, a single-peak characteristic with loose coupling that has not been employed in the field of communication technology is actively used in the field of resonant switching converters. It can be said that. As a result, as described above, the variable range (necessary control range) of the switching frequency necessary for stabilizing the secondary side DC output voltage Eo is reduced, and the wide range only by the constant voltage control in the switching frequency control. This is possible.

ところで、本実施の形態における総合結合係数kt=0.65以下と同等の疎結合の状態を、高周波インダクタL11を省略して、絶縁コンバータトランスPITの構造のみにより得ようとした場合には、例えば絶縁コンバータトランスPITのEE型コアの内磁脚のギャップGについて、2.8mm程度にまで拡大して、絶縁コンバータトランスPITそのものを、結合係数k=0.65以下の疎結合トランスとして構成することが考えられる。
このような構成を採ることによっても、図4にて説明した単峰特性を得ることができるので、図5にて説明したようにして、スイッチング周波数の必要制御範囲が縮小され、AC100V系とAC200V系の商用交流電源入力に対応して二次側直流電圧の安定化を図ることができる。
By the way, when the loose coupling state equivalent to the total coupling coefficient kt = 0.65 or less in the present embodiment is obtained only by the structure of the insulating converter transformer PIT without the high frequency inductor L11, for example, The gap G of the inner magnetic leg of the EE type core of the insulating converter transformer PIT can be expanded to about 2.8 mm, and the insulating converter transformer PIT itself can be configured as a loosely coupled transformer having a coupling coefficient k = 0.65 or less. Conceivable.
By adopting such a configuration, the unimodal characteristics described with reference to FIG. 4 can be obtained. Therefore, as described with reference to FIG. 5, the necessary control range of the switching frequency is reduced, and the AC100V system and AC200V are reduced. The secondary side DC voltage can be stabilized corresponding to the commercial AC power input of the system.

しかしながら、このような絶縁コンバータトランスPITの構造とした場合、絶縁コンバータトランスPITのコアのギャップG近傍における渦電流損失が増加し、その分のAC→DC電力変換効率(ηAC→DC)の低下が生じることになる。この渦電流損失に起因するAC→DC電力変換効率の低下傾向は、交流入力電圧VACのレベルが上昇するのに応じて顕著となる。従って、ワイドレンジ対応の電源回路としては、AC100V系で使用しているときよりもAC200V系で使用したときにAC→DC電力変換効率が低下するという問題を生じることになる。
ただし、上記した渦電流損失の増加は、例えば最大負荷電力Pomax=150W以下程度までの負荷条件では許容範囲であるために、上記したように、高周波インダクタL11を省略して、絶縁コンバータトランスPITのみによって結合係数k=0.65以下の疎結合の状態を設定したとしても、実用可能なワイドレンジ対応の電源回路を得ることができる。しかし、本実施の形態のようにして、最大負荷電力Pomax=200W程度にまで対応すべき場合には、上記した渦電流損失の増加が無視できない程度に顕著となってくる。このために、絶縁コンバータトランスPIT自体について結合係数k=0.65以下に設定してワイドレンジ対応の電源回路として実用化するのは困難になってくる。
However, in the case of such an insulating converter transformer PIT structure, the eddy current loss near the gap G of the core of the insulating converter transformer PIT increases, and the AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) decreases correspondingly. Will occur. The tendency for the AC → DC power conversion efficiency to decrease due to this eddy current loss becomes more prominent as the level of the AC input voltage VAC increases. Therefore, the power supply circuit corresponding to the wide range causes a problem that the AC → DC power conversion efficiency is lowered when used in the AC 200V system than when used in the AC 100V system.
However, since the increase in the eddy current loss is within an allowable range under load conditions up to, for example, the maximum load power Pomax = 150 W or less, as described above, the high-frequency inductor L11 is omitted, and only the isolated converter transformer PIT is used. Even if a loosely coupled state with a coupling coefficient k = 0.65 or less is set by this, a practical power supply circuit compatible with a wide range can be obtained. However, when the maximum load power Pomax = 200 W is to be dealt with as in the present embodiment, the above increase in eddy current loss becomes significant to the extent that it cannot be ignored. For this reason, it becomes difficult to put the insulation converter transformer PIT itself into a power supply circuit compatible with a wide range by setting the coupling coefficient k = 0.65 or less.

そこで本実施の形態では、前述もしたように、一次巻線N1に対して高周波インダクタL11を接続することで、高周波インダクタL11のインダクタンスにより一次巻線N1のリーケージインダクタンスを等価的に増加させ、これにより、電源回路内における絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktについて、kt=0.65以下を設定するようにしている。
この場合、絶縁コンバータトランスPIT自体の結合係数kとしては、先行技術の電源回路と同等のk=0.75程度を設定することができるので、ギャップGのギャップ長としても、前述したように、1.6mm程度とすることができる。つまり、渦電流の増加の問題が生じない程度の一定以下のギャップ長に抑えることができる。
これにより、実施の形態の電源回路としては、上記した渦電流損失の増加は無くなるため、これに起因するAC→DC電力変換効率の低下も生じないことになる。従って、AC200V系時での使用においても、ワイドレンジ対応の電源回路として実用的な程度に良好なAC→DC電力変換効率特性が得られることになる。
Therefore, in the present embodiment, as described above, by connecting the high frequency inductor L11 to the primary winding N1, the leakage inductance of the primary winding N1 is equivalently increased by the inductance of the high frequency inductor L11. Thus, kt = 0.65 or less is set for the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT in the power supply circuit.
In this case, since the coupling coefficient k of the insulating converter transformer PIT itself can be set to about k = 0.75, which is equivalent to the power circuit of the prior art, the gap length of the gap G is also as described above. It can be about 1.6mm. That is, it is possible to suppress the gap length to a certain level or less so as not to cause an increase in eddy current.
As a result, the power supply circuit according to the embodiment does not increase the eddy current loss described above, so that the AC → DC power conversion efficiency is not reduced due to this increase. Therefore, even when used in an AC 200V system, AC to DC power conversion efficiency characteristics that are practically satisfactory as a power supply circuit compatible with a wide range can be obtained.

また、本実施の形態の電源回路では、二次側に対しても直列共振回路(二次側直列共振回路)を形成しているのであるが、このことも電力変換効率を向上させる要因となっている。
つまり、二次側直列共振回路を備えることで、その共振動作により得られるエネルギーの増加分を含めて二次側直流出力電圧Eoとしての電力を供給することが可能になり、疎結合としたことによる電力変換効率の低下が補償されることになる。さらに、前述したように、二次側において、二次側部分電圧共振回路を形成することによっても、二次側の整流ダイオードにおけるスイッチング損失を低減しており、このことも電力変換効率の向上に寄与している。
Further, in the power supply circuit of the present embodiment, a series resonance circuit (secondary side series resonance circuit) is also formed on the secondary side, which is also a factor for improving the power conversion efficiency. ing.
In other words, by providing the secondary side series resonance circuit, it is possible to supply power as the secondary side DC output voltage Eo including the increase in energy obtained by the resonance operation, and the coupling is loosely coupled. The decrease in power conversion efficiency due to is compensated. Furthermore, as described above, by forming a secondary side partial voltage resonance circuit on the secondary side, switching loss in the rectifier diode on the secondary side is reduced, which also improves power conversion efficiency. Has contributed.

図6は、上記のようにしてワイドレンジ対応として構成される図1の電源回路における要部の動作を示している。この図においては、交流入力電圧(VAC)条件/負荷条件として、VAC=100V(AC100V系)/Pomax(最大負荷電力)=200W、VAC=100V(AC100V系)/Pomin(最小負荷電力:無負荷)=0W、VAC=230V(AC200V系)/Pomax(最大負荷電力)=200W、VAC=230V(AC200V系)/Pomin(最小負荷電力:無負荷)=0Wの各場合の波形が示されている。   FIG. 6 shows the operation of the main part of the power supply circuit of FIG. 1 configured for wide range as described above. In this figure, as AC input voltage (VAC) conditions / load conditions, VAC = 100 V (AC 100 V system) / Pomax (maximum load power) = 200 W, VAC = 100 V (AC 100 V system) / Pomin (minimum load power: no load) ) = 0 W, VAC = 230 V (AC 200 V system) / Pomax (maximum load power) = 200 W, VAC = 230 V (AC 200 V system) / Pomin (minimum load power: no load) = 0 W are shown. .

矩形波状の電圧V1は、スイッチング素子Q2の両端電圧であり、スイッチング素子Q2のオン/オフタイミングを示す。
電圧V1は、スイッチング素子Q2が導通してオンとなるオン期間では0レベルとなり、非導通となるオフ期間においては、整流平滑電圧Eiのレベルでクランプされる波形となる。
スイッチング素子Q2のオン期間においては、スイッチング素子Q2及びクランプダイオードDD2から成るスイッチング回路系には、図示する波形によるスイッチング電流IQ2が流れる。また、スイッチング電流IQ2は、スイッチング素子Q2のオフ期間においては0レベルとなる。
また、図示していないが、他方のスイッチング素子Q1の両端電圧、及びスイッチング回路(Q1,DD1)に流れるスイッチング電流としては、上記電圧V1、及びスイッチング電流IQ2を180°移相した波形として得られる。つまり、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とは、交互にオン/オフするようにして同じ周期タイミングでスイッチング動作を行う。
また、一次側直列共振回路(L1−L11−C1)を流れる一次側直列共振電流Ioとしては、これらのスイッチング回路(Q1,DD1)(Q2,DD2)に流れるスイッチング電流が合成されることで、図示する波形により流れるものとなる。
The rectangular wave voltage V1 is a voltage across the switching element Q2, and indicates the on / off timing of the switching element Q2.
The voltage V1 has a waveform clamped at the level of the rectified and smoothed voltage Ei in the on period in which the switching element Q2 is turned on when the switching element Q2 is turned on and in the off period in which the switching element Q2 is turned off.
During the ON period of the switching element Q2, a switching current IQ2 having a waveform shown in the figure flows through the switching circuit system including the switching element Q2 and the clamp diode DD2. Further, the switching current IQ2 becomes 0 level during the OFF period of the switching element Q2.
Although not shown, the voltage across the other switching element Q1 and the switching current flowing through the switching circuit (Q1, DD1) are obtained as a waveform obtained by shifting the voltage V1 and the switching current IQ2 by 180 °. . That is, the switching element Q1 and the switching element Q2 perform the switching operation at the same cycle timing so as to be alternately turned on / off.
Further, as the primary side series resonance current Io flowing through the primary side series resonance circuit (L1-L11-C1), the switching currents flowing through these switching circuits (Q1, DD1) (Q2, DD2) are combined, It flows according to the waveform shown in the figure.

ここで、上記もしているように、電圧V1はスイッチングタイミングを示しているが、この電圧V1の波形について、同一負荷条件での交流入力電圧VAC=100V時とVAC230V時とで比較してみると、交流入力電圧VAC=100V時のほうが交流入力電圧VAC=230V時よりも1周期が長くなっている。このことは、スイッチング周波数としては、商用交流電源(VAC)の入力レベルが低下するのに伴って、二次側直流電圧Eoが低下傾向となるようにして変動するのに応じて、一次側のスイッチング周波数は低くなり、商用交流電源(VAC)の入力レベルが上昇するのに伴って、二次側直流電圧Eoが上昇するようにして変動するのに応じて、一次側のスイッチング周波数が高くなることを示している。
また、電圧V1について、同一の交流入力電圧VACのレベル条件での最大負荷電力Pomax=200W時と最小負荷電力Pomin=0W時とで比較してみた場合には、最大負荷電力Pomax=200W時のほうが最小負荷電力Pomin=0W時よりも1周期が長くなっている。つまり、重負荷となって二次側直流出力電圧Eoのレベルが低下する場合には、スイッチング周波数が低くなり、また軽負荷となって二次側直流出力電圧Eoのレベルが上昇する場合にはスイッチング周波数が高くなるという変化を示している。
このことは、負荷変動及び商用交流電源入力レベルの変動に対する二次側直流電圧の定電圧制御動作として、スイッチング周波数制御方式(アッパーサイド制御)による定電圧制御動作が行われていることを示している。
Here, as described above, the voltage V1 indicates the switching timing. When the waveform of the voltage V1 is compared between the AC input voltage VAC = 100 V and VAC 230 V under the same load condition, One cycle is longer when the AC input voltage VAC = 100V than when the AC input voltage VAC = 230V. This is because the switching frequency varies in such a way that the secondary side DC voltage Eo tends to decrease as the input level of the commercial AC power supply (VAC) decreases. As the input level of the commercial AC power supply (VAC) increases, the switching frequency on the primary side increases as the secondary side DC voltage Eo fluctuates as it increases. It is shown that.
Further, when the voltage V1 is compared between the maximum load power Pomax = 200 W and the minimum load power Pomin = 0 W under the same AC input voltage VAC level condition, the maximum load power Pomax = 200 W However, one cycle is longer than when the minimum load power Pomin = 0 W. That is, when the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases due to heavy load, the switching frequency decreases, and when the level of the secondary side DC output voltage Eo increases due to light load. It shows a change that the switching frequency becomes higher.
This indicates that the constant voltage control operation by the switching frequency control method (upper side control) is performed as the constant voltage control operation of the secondary side DC voltage with respect to the load fluctuation and the fluctuation of the commercial AC power supply input level. Yes.

また、上記した一次側の動作(V1,IQ2,Io)に応じて、絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2には、図示する波形による交番電圧V2が誘起される。この交番電圧V2の1周期の周期長は、一次側のスイッチング周期に対応したものとなる。
そして、この交番電圧V2の一方の半周期の期間においては、二次側の整流ダイオード[Do1,Do4]が導通して整流電流が流れ、交番電圧V2の他方の半周期の期間においては、二次側の整流ダイオード[Do2,Do3]が導通して整流電流が流れる。また、二次巻線N2に流れる二次巻線電流I2としては、これらの交番電圧V2の半周期ごとに流れる整流電流が合成されて得られ、図示する波形が得られる。
Further, according to the above-described primary side operation (V1, IQ2, Io), an alternating voltage V2 having a waveform shown in the figure is induced in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT. The period length of one period of the alternating voltage V2 corresponds to the switching period on the primary side.
Then, in one half cycle period of the alternating voltage V2, the rectifier diodes [Do1, Do4] on the secondary side are turned on and a rectified current flows. The rectifier diodes [Do2, Do3] on the next side are turned on and a rectified current flows. The secondary winding current I2 flowing through the secondary winding N2 is obtained by synthesizing the rectified currents flowing every half cycle of the alternating voltage V2, and the waveform shown in the figure is obtained.

図7は、図1に示した電源回路の特性として、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0W(無負荷)の負荷変動に対するスイッチング周波数fs及びAC→DC電力変換効率(ηAC→DC)を示している。また、この図においては、AC100V系に対応する交流入力電圧VAC=100V時の特性を実線で示し、AC200V系に対応する交流入力電圧VAC=230V時の特性を破線で示している。
また、図7に示す特性は、図1に示した電源回路について、要部を次のように選定して、実験を行って得たものとされる。
先ず、絶縁コンバータトランスPITについては、EE型コアのギャップGのギャップ長については1.6mmと、一次巻線N1=31T、二次巻線N2=28Tを巻装した。この構造により、絶縁コンバータトランスPIT自体の結合係数kとしては、k=0.73を得ている。そのうえで、高周波インダクタL11=37μHを選定することで、総合結合係数kt=0.64を設定している。
また、一次側直列共振回路と二次側直列共振回路を形成するための各共振コンデンサについては、下記のように選定した。
・一次側直列共振コンデンサC1=0.033μF
・二次側直列共振コンデンサC2=0.15μF
また、二次側直流出力電圧Eoとしては、135Vを定格レベルとした。
なお、先に図6に示した波形図も、上記のようにして部品を選定した構成の下での実験結果を示したものとなっている。
FIG. 7 shows the characteristics of the power supply circuit shown in FIG. ). In this figure, the characteristics when the AC input voltage VAC = 100 V corresponding to the AC 100 V system is indicated by a solid line, and the characteristics when the AC input voltage VAC = 230 V corresponding to the AC 200 V system is indicated by a broken line.
Further, the characteristics shown in FIG. 7 are obtained by conducting experiments by selecting the main parts of the power supply circuit shown in FIG. 1 as follows.
First, with respect to the insulating converter transformer PIT, the gap length of the gap G of the EE type core was 1.6 mm, and the primary winding N1 = 31T and the secondary winding N2 = 28T were wound. With this structure, k = 0.73 is obtained as the coupling coefficient k of the insulating converter transformer PIT itself. In addition, the total coupling coefficient kt = 0.64 is set by selecting the high-frequency inductor L11 = 37 μH.
Further, each resonance capacitor for forming the primary side series resonance circuit and the secondary side series resonance circuit was selected as follows.
・ Primary side series resonant capacitor C1 = 0.033μF
・ Secondary side series resonant capacitor C2 = 0.15μF
Further, as the secondary side DC output voltage Eo, the rated level was 135V.
Note that the waveform diagram shown in FIG. 6 also shows the experimental results under the configuration in which the parts are selected as described above.

先ず、スイッチング周波数fsについては、交流入力電圧VAC=100V時とVAC=230Vのいずれの条件においても、負荷電力Po=0W(最小負荷電力:無負荷)からPo=200W(最大負荷電力)にかけて重負荷の条件となるのに応じて、低下するようにして変化する傾向となっている。
そのうえで、負荷電力Po=0W〜200Wに対するスイッチング周波数fsの可変範囲は、交流入力電圧VAC=230V時のほうが、交流入力電圧VAC=100V時よりも高い範囲において変化するものとなっている。つまり、この図からも、スイッチング周波数制御方式(アッパーサイド制御)によって、交流入力電圧変動及び負荷変動に対する定電圧制御が行われていることが示される。
また、本実施の形態としては、負荷電力Po=0W〜200Wの範囲でスイッチング周波数fsはリニアに変化しており、先行技術の電源回路のようにして一定以下の負荷電力範囲で急激な変化を示してはいない。
First, the switching frequency fs is overlapped from load power Po = 0 W (minimum load power: no load) to Po = 200 W (maximum load power) in both conditions of AC input voltage VAC = 100 V and VAC = 230 V. It tends to change so as to decrease in accordance with the load condition.
In addition, the variable range of the switching frequency fs with respect to the load power Po = 0W to 200W changes in the range where the AC input voltage VAC = 230V is higher than the AC input voltage VAC = 100V. That is, this figure also shows that constant voltage control is performed with respect to AC input voltage fluctuation and load fluctuation by the switching frequency control method (upper side control).
In this embodiment, the switching frequency fs changes linearly in the range of load power Po = 0W to 200W, and abrupt changes occur in the load power range below a certain level as in the prior art power supply circuit. Not shown.

そして、スイッチング周波数fsの具体的数値としては、負荷電力Po=0W〜200Wの変動に対して、交流入力電圧VAC=100V時においては69.4kHz〜66.7kHzの範囲での変化(必要制御範囲)であることが測定され、図5に示したΔfs1としては、Δfs1=2.7kHz(69.4kHz−66.7kHz)となっている。また、交流入力電圧VAC=230V時においては100kHz〜91.7kHzの必要制御範囲であることが測定され、図5に示したΔfs2としては、Δfs2=8.3kHz(100kHz−91.7kHz)となっている。このようにして、AC100V系時とAC200V系時とでの各レンジごとのスイッチング周波数fsの必要制御範囲は9kHz未満であり、先行技術の電源回路(図20)と比較して大幅に縮小されている。また、図7において、スイッチング周波数fsの最大値である100kHz(VAC=230V/Pomin=0W時)と、最小値である66.7kHz(VAC=100V/Pomax=200W時)との周波数差としても33.3kHz(100kHz−66.7kHz)であり、ワイドレンジ対応としてみた場合にも、スイッチング周波数fsの必要制御範囲は、先行技術の電源回路(図20)よりも大幅に縮小されている。
また、前述もしたように、現状におけるスイッチング素子駆動用IC(発振・ドライブ回路2)のスイッチング駆動周波数の上限は200kHz程度である。従って、上記した66.7kHz〜100kHz程度のスイッチング周波数fsの範囲は、現状のスイッチング駆動用ICにより充分に得られるものとなっている。つまり、本実施の形態の電源回路としては、前述もしたように、スイッチング周波数fsの必要制御範囲が比較的低い周波数領域にて大幅に縮小されていることで、現状のスイッチング駆動回路系の構成のままで、スイッチング周波数制御のみによってワイドレンジ対応を可能としているものである。
The specific value of the switching frequency fs is a change in the range of 69.4 kHz to 66.7 kHz (required control range) when the AC input voltage VAC is 100 V with respect to the fluctuation of the load power Po = 0 W to 200 W. ) And Δfs1 shown in FIG. 5 is Δfs1 = 2.7 kHz (69.4 kHz−66.7 kHz). Further, when the AC input voltage VAC is 230 V, it is measured that the required control range is 100 kHz to 91.7 kHz, and Δfs2 shown in FIG. 5 is Δfs2 = 8.3 kHz (100 kHz-91.7 kHz). ing. In this way, the necessary control range of the switching frequency fs for each range in the AC100V system and AC200V system is less than 9 kHz, which is greatly reduced as compared with the power circuit of the prior art (FIG. 20). Yes. In FIG. 7, the frequency difference between the maximum value of the switching frequency fs of 100 kHz (VAC = 230 V / Pomin = 0 W) and the minimum value of 66.7 kHz (VAC = 100 V / Pomax = 200 W). 33.3 kHz (100 kHz to 66.7 kHz), the necessary control range of the switching frequency fs is greatly reduced as compared with the power supply circuit of the prior art (FIG. 20) even when the wide range is considered.
Further, as described above, the upper limit of the switching drive frequency of the switching element driving IC (oscillation / drive circuit 2) at present is about 200 kHz. Therefore, the above-mentioned range of the switching frequency fs of about 66.7 kHz to 100 kHz is sufficiently obtained by the current switching drive IC. In other words, as described above, the power supply circuit according to the present embodiment has the configuration of the current switching drive circuit system because the necessary control range of the switching frequency fs is greatly reduced in a relatively low frequency region. In this way, it is possible to cope with a wide range only by switching frequency control.

また、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)については、重負荷の傾向となるのに従って高くなる傾向となっているが、最大負荷電力Pomax=200W時においては、交流入力電圧VAC=100V時では89.0%であり、交流入力電圧VAC=230V時では91.0%となっている。つまり、本実施の形態としては、商用交流電源入力レベルが高いときの電力変換効率が特に改善されていることが分かる。   Further, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) tends to increase as the load increases, but when the maximum load power Pomax = 200 W, the AC input voltage VAC = 100 V Is 89.0%, and 91.0% when the AC input voltage VAC = 230V. That is, in this embodiment, it can be seen that the power conversion efficiency when the commercial AC power input level is high is particularly improved.

これまでの説明から理解されるように、図1に示した本実施の形態の電源回路としては、スイッチング周波数制御のみによりワイドレンジ対応を可能としている。
これにより、例えばワイドレンジ対応化にあたって、商用交流電源の定格レベルに応じて、直流入力電圧(Ei)を生成するための整流回路系について整流動作を切り換えたり、あるいは、ハーフブリッジ結合方式とフルブリッジ結合方式との間でスイッチングコンバータの形式を切り換える構成を採る必要はなくなる。
そして、このような回路切り換えのための構成が不要となれば、例えば平滑コンデンサCiは1つのみとすることができ、またスイッチング素子としては少なくともハーフブリッジ結合に必要な2つのみとすることが可能となって、その分回路構成部品の削減、回路規模の縮小、及びスイッチングノイズの低減などが図られる。
また、回路切換の構成が不要となれば、切り換えによる誤動作防止のために特別な構成を備えるような必要もなくなり、この点でも構成部品の増加とコストアップの抑制が図られる。さらには、誤動作防止のためにスタンバイ電源を必須としないので、電源回路が使用可能な機器範囲を広げることができる。
As can be understood from the above description, the power supply circuit according to the present embodiment shown in FIG. 1 can support a wide range only by switching frequency control.
As a result, for example, when the wide range is supported, the rectification operation is switched for the rectifier circuit system for generating the DC input voltage (Ei) according to the rated level of the commercial AC power supply, or the half bridge coupling method and the full bridge There is no need to adopt a configuration for switching the type of the switching converter with the coupling method.
If such a circuit switching configuration is not necessary, for example, only one smoothing capacitor Ci can be used, and at least two switching elements required for half-bridge coupling can be used. Accordingly, it is possible to reduce the number of circuit components, the circuit scale, and the switching noise.
Further, if the circuit switching configuration is not required, it is not necessary to provide a special configuration for preventing malfunction due to switching, and in this respect also, the increase in the number of components and the suppression of the cost increase can be achieved. Furthermore, since a standby power supply is not essential to prevent malfunctions, the range of devices in which the power supply circuit can be used can be expanded.

また、このような実施の形態としての効果を得るのにあたって、一次側にのみ直列共振回路を備えるこれまでの電流共振形コンバータの構成に対して追加すべき必要最小限の部品は、二次側直列共振コンデンサと高周波インダクタL11の2点のみである。つまり、従来の回路切換方式による構成を採る場合よりもはるかに少ない部品追加で、ワイドレンジ対応を実現することができる。ちなみに、高周波インダクタL11は、数十μH程度であればよいために、サイズとしては小型を維持でき、また、その抵抗分による電力損失もほとんど無視できる程度に少ない。   Further, in order to obtain the effect as such an embodiment, the minimum necessary component to be added to the configuration of the current resonance type converter having the series resonance circuit only on the primary side is the secondary side. There are only two points: a series resonant capacitor and a high-frequency inductor L11. That is, it is possible to realize a wide range with much fewer parts than in the case of adopting the configuration based on the conventional circuit switching method. Incidentally, since the high-frequency inductor L11 only needs to be about several tens of μH, the size can be kept small, and the power loss due to the resistance is almost negligible.

また、先の説明のようにしてスイッチング周波数の必要制御範囲Δfsが大幅に縮小されることによっては、ワイドレンジ対応の場合と単レンジ対応の場合とに関わらず、定電圧制御の応答性も大幅に改善されることになる。
つまり、電子機器においては、負荷電力Poについて、いわゆるスイッチング負荷といわれる、最大と無負荷とで比較的高速にスイッチングする(切り替わる)ようにして変動させるような動作を行うものがある。このようなスイッチング負荷としての動作を行う機器として、例えば、パーソナルコンピュータの周辺機器であるプリンタを挙げることができる。
このようなスイッチング負荷としての動作が行われる機器に対して、例えば図20に示したような必要制御範囲Δfsが比較的広範な電源回路を搭載した場合には、前述もしたように、急峻な負荷電力の変化に追随して相応に多くの変化量によるスイッチング周波数fsの可変制御を行うことになる。このために、高速な定電圧制御の応答性を得ることが困難とされていた。
これに対して、本実施の形態では、特に単レンジごとの領域で必要制御範囲Δfsが大幅に縮小されていることから、負荷電力Poの最大と無負荷とでの急峻な変動に対して、高速に応答して二次側直流電圧Eoを安定化することが可能である。つまり、スイッチング負荷に対する定電圧制御の応答性能としては大幅に向上している。
In addition, since the required control range Δfs of the switching frequency is greatly reduced as described above, the responsiveness of the constant voltage control is greatly increased regardless of whether it is compatible with a wide range or a single range. Will be improved.
That is, some electronic devices perform an operation of changing the load power Po so as to be switched (switched) at a relatively high speed between a maximum and no load, which is called a so-called switching load. An example of a device that performs such an operation as a switching load is a printer that is a peripheral device of a personal computer.
When a power supply circuit having a relatively wide necessary control range Δfs as shown in FIG. 20 is mounted on a device that operates as such a switching load, for example, as described above, the device has a steep Following the change in the load power, the switching frequency fs is variably controlled by a correspondingly large amount of change. For this reason, it has been difficult to obtain high-speed constant voltage control response.
On the other hand, in the present embodiment, since the necessary control range Δfs is greatly reduced particularly in the region for each single range, with respect to the steep fluctuation between the maximum load power Po and no load, It is possible to stabilize the secondary side DC voltage Eo in response to high speed. That is, the response performance of the constant voltage control with respect to the switching load is greatly improved.

図8の回路図は、本発明の第2の実施の形態としての電源回路の構成例を示している。なお、この図において図1と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
この図に示す電源回路においては、一次側の電流共振形コンバータの構成について、4石のスイッチング素子Q1〜Q4を備える、フルブリッジ結合方式としている。
フルブリッジ結合方式としては、図示するようにして、スイッチング素子Q1,Q2のハーフブリッジ接続に対して、スイッチング素子Q3,Q4のハーフブリッジ接続を並列に接続するようにされる。
上記スイッチング素子Q3,Q4についても、スイッチング素子Q1,Q2と同様にして、それぞれ、ボディダイオードであるダンパーダイオードDD3、ダンパーダイオードDD4が、ドレイン−ソース間に対して並列に接続されている。
The circuit diagram of FIG. 8 shows a configuration example of a power supply circuit according to the second embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG.
In the power supply circuit shown in this figure, the configuration of the primary side current resonance type converter is a full bridge coupling system including four switching elements Q1 to Q4.
As shown in the figure, the full bridge coupling method is configured such that the half bridge connection of the switching elements Q3 and Q4 is connected in parallel to the half bridge connection of the switching elements Q1 and Q2.
As for the switching elements Q3 and Q4, similarly to the switching elements Q1 and Q2, a damper diode DD3 and a damper diode DD4, which are body diodes, are connected in parallel to the drain-source.

そのうえで、この場合には、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1、高周波インダクタL11、一次側直列共振コンデンサC1の直列接続から成る一次側直列共振回路について次のようにして接続している。
先ず、一次側直列共振回路の一方の端部となる一次巻線N1の一端(巻始め端部)を、スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインの接続点と接続する。スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインの接続点は、フルブリッジ結合のスイッチング回路系における一方のスイッチング出力点となる。
また、一次側直列共振回路の他方の端部側については、一次巻線N1の他端(巻き終わり端部)を、高周波インダクタL11−一次側直列共振コンデンサC1の直列接続を介して、他方のスイッチング出力点であるスイッチング素子Q3のソースとスイッチング素子Q4のドレインとの接続点に対して接続する。
In addition, in this case, a primary side series resonance circuit comprising a series connection of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT, the high frequency inductor L11, and the primary side series resonance capacitor C1 is connected as follows.
First, one end (winding start end) of the primary winding N1, which is one end of the primary side series resonance circuit, is connected to a connection point between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2. The connection point between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2 is one switching output point in a full-bridge coupled switching circuit system.
For the other end of the primary side series resonance circuit, the other end (winding end) of the primary winding N1 is connected to the other end via a series connection of the high frequency inductor L11 and the primary side series resonance capacitor C1. The switching output point is connected to a connection point between the source of the switching element Q3 and the drain of the switching element Q4.

また、この場合には、スイッチング素子Q4のソース−ドレイン間に対して並列に一次側部分共振コンデンサCp1が接続されている。この一次側部分共振コンデンサCp1としても、自身のキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1(及び高周波インダクタL11のインダクタンス)とにより並列共振回路(部分電圧共振回路)を形成し、スイッチング素子Q3,Q4のターンオフ時にのみ電圧共振する部分電圧共振動作を得る。   In this case, the primary-side partial resonance capacitor Cp1 is connected in parallel with the source and drain of the switching element Q4. As this primary side partial resonance capacitor Cp1, a parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) is formed by its own capacitance and the leakage inductance L1 of the primary winding N1 (and the inductance of the high frequency inductor L11), and switching elements Q3, Q4 A partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only at the turn-off time is obtained.

この場合の発振・ドライブ回路2は、スイッチング素子Q1〜Q4の4石のスイッチング素子を駆動するようにされている。この発振・ドライブ回路2によっては、スイッチング素子[Q1,Q4]の組と、スイッチング素子[Q3,Q4]の組とが交互にオン/オフするようにしてスイッチング駆動が行われる。   The oscillation / drive circuit 2 in this case is configured to drive four switching elements Q1 to Q4. Depending on the oscillation / drive circuit 2, switching driving is performed such that the group of switching elements [Q1, Q4] and the group of switching elements [Q3, Q4] are alternately turned on / off.

なお、この第2の実施の形態のようにして、一次側の電流共振形コンバータの構成についてフルブリッジ結合方式とするのは、重負荷の条件に対応するためである。重負荷の傾向となるのに従っては、スイッチングコンバータに流れる電流が増加して、回路部品への負担も重くなり、また、電力損失も低下していくことになる。
そこで、フルブリッジ結合とすれば、必要な負荷電流を4つのスイッチング素子によりまかなうこととなるために、例えば2本のスイッチング素子から成るハーフブリッジ結合方式の場合よりも、各部品への負担は軽くなり、また、電力損失も低減され、重負荷の条件に有利となる。例えば、この図8に示す構成を採ることで、300W以上程度の最大負荷電力(Pomax)に対応可能なワイドレンジ対応の電源回路を得ることができる。
The reason why the full-bridge coupling method is used for the configuration of the primary side current resonance type converter as in the second embodiment is to cope with the heavy load condition. As the load becomes heavier, the current flowing through the switching converter increases, the burden on the circuit components increases, and the power loss also decreases.
Therefore, if full-bridge coupling is used, the necessary load current is provided by four switching elements. Therefore, the burden on each component is lighter than in the case of a half-bridge coupling system composed of two switching elements, for example. In addition, power loss is reduced, which is advantageous for heavy load conditions. For example, by adopting the configuration shown in FIG. 8, it is possible to obtain a wide-range power supply circuit that can handle a maximum load power (Pomax) of about 300 W or more.

図9の回路図は、第3の実施の形態としての電源回路の構成例を示している。なお、この図において、図1及び図8と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。また、絶縁コンバータトランスPIT自体としては、例えば図2により説明したのと同様の構造を有することで、結合係数k=0.75程度が設定されている。   The circuit diagram of FIG. 9 shows a configuration example of a power supply circuit as the third embodiment. In this figure, the same parts as those in FIG. 1 and FIG. Further, the insulating converter transformer PIT itself has a structure similar to that described with reference to FIG. 2, for example, so that a coupling coefficient k = about 0.75 is set.

この図においては、先の第1及び第2の実施の形態において、一次巻線N1と直列接続されていた高周波インダクタL11が省略され、代わりに、二次巻線N2に対して直列に高周波インダクタL12が接続されている形態が示されている。
この場合、高周波インダクタL12は、二次巻線N2と二次側直列共振コンデンサC2との間に対して直列に挿入されている。
In this figure, the high-frequency inductor L11 connected in series with the primary winding N1 in the first and second embodiments is omitted, and instead, the high-frequency inductor in series with the secondary winding N2 is omitted. A form in which L12 is connected is shown.
In this case, the high frequency inductor L12 is inserted in series between the secondary winding N2 and the secondary side series resonance capacitor C2.

このような接続形態を採った場合、先ず、一次側直列共振回路としては、一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1と一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスとにより形成されることになる。
これに対して、二次側直列共振回路としては、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2と、高周波インダクタL12のインダクタンスと、二次側直列共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって形成されることになる。
When such a connection form is adopted, first, the primary side series resonance circuit is formed by the leakage inductance L1 of the primary winding N1 and the capacitance of the primary side series resonance capacitor C1.
On the other hand, the secondary side series resonant circuit is formed by the leakage inductance L2 of the secondary winding N2, the inductance of the high frequency inductor L12, and the capacitance of the secondary side series resonant capacitor C2.

このような回路構成を採った場合には、高周波インダクタL12のインダクタンスにより、絶縁コンバータトランスPITにおける二次巻線側の見かけ上のリーケージインダクタンスが増加することになる。このようにして絶縁コンバータトランスPITの二次側のリーケージインダクタンスが増加することによっても、絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktは、絶縁コンバータトランスPIT自体の結合係数kよりも低下することになる。
つまり、一次巻線N1に代えて、二次巻線N2に対して高周波インダクタを直列接続した回路形態としても、電源回路内における絶縁コンバータトランスPITの結合度としては、図4及び図5にて説明したような単峰特性が得られる程度の疎結合の状態を設定して、スイッチング周波数の必要制御範囲を縮小することが可能であり、従って、この第3の実施の形態としても、先の実施の形態と同様の効果が得られることになる。
When such a circuit configuration is adopted, the apparent leakage inductance on the secondary winding side in the insulating converter transformer PIT increases due to the inductance of the high-frequency inductor L12. Even if the leakage inductance on the secondary side of the insulating converter transformer PIT is increased in this way, the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT is lower than the coupling coefficient k of the insulating converter transformer PIT itself.
That is, in place of the primary winding N1, a circuit configuration in which a high-frequency inductor is connected in series to the secondary winding N2, the coupling degree of the insulating converter transformer PIT in the power supply circuit is shown in FIGS. It is possible to reduce the required control range of the switching frequency by setting a loosely coupled state such that the unimodal characteristics as described can be obtained. Therefore, in the third embodiment as well, The same effect as the embodiment is obtained.

図10の回路図は、第4の実施の形態としての電源回路の構成例を示している。
なお、この図において、図1、図8、及び図9と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
この第4の実施の形態における絶縁コンバータトランスPIT自体も、図2により説明したのと同様の構造を有することで、結合係数k=0.75程度が設定されている。
また、この第4の実施の形態の電源回路としても、先の各実施の形態と同様にして、多重複合共振形コンバータとしての基本構成を採るものであり、従って、二次巻線N2と二次側共振コンデンサとから成る二次側直列共振回路を備える。また、また、絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktについてkt=0.65以下とするために、図1、図8に示した第1,第2の実施の形態の電源回路と同様に、一次巻線N1に対して直列に高周波インダクタL11を接続している。
そのうえで、この第4の実施の形態としては、二次巻線N2に対して接続される整流回路として倍電圧全波整流回路を備える。
The circuit diagram of FIG. 10 shows a configuration example of a power supply circuit as the fourth embodiment.
In this figure, the same parts as those in FIG. 1, FIG. 8, and FIG.
The insulation converter transformer PIT itself in the fourth embodiment also has a structure similar to that described with reference to FIG.
Further, the power supply circuit of the fourth embodiment also adopts a basic configuration as a multiple composite resonance type converter in the same manner as each of the previous embodiments. Therefore, the secondary winding N2 and the second winding A secondary series resonance circuit including a secondary resonance capacitor is provided. In addition, in order to set the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT to kt = 0.65 or less, the primary circuit is the same as in the power supply circuits of the first and second embodiments shown in FIGS. A high frequency inductor L11 is connected in series with the winding N1.
In addition, the fourth embodiment includes a voltage doubler full wave rectifier circuit as a rectifier circuit connected to the secondary winding N2.

この倍電圧全波整流回路としては、先ず、二次巻線N2についてセンタータップを施すことで、二次巻線部N2A,N2Bに分割する。この場合、二次巻線N2のセンタータップは二次側アースに接地する。   In this voltage doubler full-wave rectifier circuit, first, a center tap is applied to the secondary winding N2 to divide it into secondary winding portions N2A and N2B. In this case, the center tap of the secondary winding N2 is grounded to the secondary side ground.

そして、この場合の二次巻線N2の巻終わり端部となる二次巻線部N2A側の端部は、二次側直列共振コンデンサC2Aの直列接続を介して、整流ダイオードDo1のアノードと、整流ダイオードDo2のカソードとの接続点に対して接続される。
また、二次巻線N2の巻始め端部となる二次巻線部N2B側の端部は、二次側直列共振コンデンサC2Bの直列接続を介して、整流ダイオードDo3のアノードと、整流ダイオードDo4のカソードとの接続点に対して接続される。
また、整流ダイオードDo2,Do4のアノードの接続点は二次側アースに対して接続される。整流ダイオードDo1と整流ダイオードDo2のカソードの接続点は、平滑コンデンサCoの正極端子と接続される。平滑コンデンサCoの負極端子は二次側アースに接続される。
In this case, the end of the secondary winding N2A, which is the winding end of the secondary winding N2, is connected to the anode of the rectifier diode Do1 via the series connection of the secondary side series resonant capacitor C2A. The rectifier diode Do2 is connected to the connection point with the cathode.
The end of the secondary winding N2B, which is the winding start end of the secondary winding N2, is connected to the anode of the rectifier diode Do3 and the rectifier diode Do4 via a series connection of the secondary side series resonant capacitor C2B. Connected to the connection point of the cathode.
The node of the anodes of the rectifier diodes Do2 and Do4 is connected to the secondary side ground. The connection point of the cathodes of the rectifier diode Do1 and the rectifier diode Do2 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co. The negative terminal of the smoothing capacitor Co is connected to the secondary side ground.

また、この場合には、2本の二次側部分共振コンデンサCp2A,Cp2Bを設けることとして、二次側部分共振コンデンサCp2Aは、整流ダイオードDo1のアノードと整流ダイオードDo2のカソードの接続点と、二次側アース間に挿入する。
また、二次側部分共振コンデンサCp2Bは、整流ダイオードDo3のアノードと整流ダイオードDo4のカソードの接続点と、二次側アース間に挿入する。
In this case, two secondary side partial resonance capacitors Cp2A and Cp2B are provided, and the secondary side partial resonance capacitor Cp2A is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode Do1 and the cathode of the rectifier diode Do2. Insert between secondary grounds.
The secondary side partial resonance capacitor Cp2B is inserted between the connection point between the anode of the rectifier diode Do3 and the cathode of the rectifier diode Do4 and the secondary side ground.

上記接続態様によって形成される倍電圧全波整流回路の整流動作は次のようになる。
先ず、この倍電圧全波整流回路は、[二次巻線部N2A、二次側直列共振コンデンサC2A、整流ダイオードDo1,Do2、二次側部分共振コンデンサCp2A]により形成される第1の倍電圧半波整流回路と、[二次巻線部N2B、二次側直列共振コンデンサC2B、整流ダイオードDo3,Do4、二次側部分共振コンデンサCp2B]により形成される第2の倍電圧半波整流回路とに分けることができる。
そのうえで、第1の倍電圧半波整流回路においては、二次巻線部N2A−二次側直列共振コンデンサC2Aの直列接続回路が形成されていることで、二次巻線部N2Aのリーケージインダクタンス成分(L2A)と二次側直列共振コンデンサC2Aのキャパシタンスとによって、第1の二次側直列共振回路を形成することになる。
同様に、第2の倍電圧半波整流回路においては、二次巻線部N2B−二次側直列共振コンデンサC2Bの直列接続回路が形成されることで、二次巻線部N2Bのリーケージインダクタンス成分(L2B)と二次側直列共振コンデンサC2Bのキャパシタンスとによって、第2の二次側直列共振回路を形成することになる。
The rectification operation of the voltage doubler full-wave rectifier circuit formed by the above connection mode is as follows.
First, the voltage doubler full-wave rectifier circuit includes a first voltage doubler formed by [secondary winding portion N2A, secondary side series resonant capacitor C2A, rectifier diodes Do1, Do2, and secondary side partial resonant capacitor Cp2A]. A second half-voltage rectifier circuit formed by a half-wave rectifier circuit and [secondary winding portion N2B, secondary-side series resonant capacitor C2B, rectifier diodes Do3, Do4, secondary-side partial resonant capacitor Cp2B] Can be divided into
In addition, in the first voltage doubler half-wave rectifier circuit, a leakage current component of the secondary winding portion N2A is formed by forming a series connection circuit of the secondary winding portion N2A and the secondary side series resonance capacitor C2A. A first secondary side series resonance circuit is formed by (L2A) and the capacitance of the secondary side series resonance capacitor C2A.
Similarly, in the second voltage doubler half-wave rectifier circuit, a leakage current component of the secondary winding portion N2B is formed by forming a series connection circuit of the secondary winding portion N2B-secondary side series resonance capacitor C2B. (L2B) and the capacitance of the secondary side series resonance capacitor C2B form a second secondary side series resonance circuit.

また、先の説明のようにして挿入される二次側部分共振コンデンサCp2Aは、二次巻線部N2A−二次側直列共振コンデンサC2Aの直列接続に対して並列に接続されるものであり、従って、二次側部分共振コンデンサCp2Aは、自身のキャパシタンスと、二次巻線N2AのリーケージインダクタンスL2Aとにより、第1の倍電圧半波整流回路に対応する二次側部分電圧共振回路を形成する。同様にして、二次側部分共振コンデンサCp2Bは、二次巻線部N2B−二次側直列共振コンデンサC2Bの直列接続に対して並列に接続されており、自身のキャパシタンスと、二次巻線N2AのリーケージインダクタンスL2Aとにより、第2の倍電圧半波整流回路に対応する二次側部分電圧共振回路を形成する。   The secondary side partial resonance capacitor Cp2A inserted as described above is connected in parallel to the series connection of the secondary winding part N2A and the secondary side series resonance capacitor C2A. Therefore, the secondary side partial resonance capacitor Cp2A forms a secondary side partial voltage resonance circuit corresponding to the first voltage doubler half-wave rectifier circuit by its own capacitance and the leakage inductance L2A of the secondary winding N2A. . Similarly, the secondary side partial resonance capacitor Cp2B is connected in parallel to the series connection of the secondary winding portion N2B-secondary side series resonance capacitor C2B, and its own capacitance and the secondary winding N2A. The secondary side partial voltage resonance circuit corresponding to the second voltage doubler half-wave rectifier circuit is formed by the leakage inductance L2A.

第1の倍電圧半波整流回路の整流動作としては次のようになる。
先ず、二次巻線N2に誘起される交番電圧の一方の半周期の期間においては、二次巻線部N2A−整流ダイオードDo2−二次側直列共振コンデンサC2Aの経路により整流電流が流れることで、二次側直列共振コンデンサC2Aに対して整流電流を充電するようにされる。このときの整流動作によって、二次側直列共振コンデンサC2Aには、二次巻線部N2Aに誘起される交番電圧の等倍に対応するレベルの両端電圧が生成される。
また、続く二次巻線N2の交番電圧の他方の半周期の期間においては、二次巻線部N2A−二次側直列共振コンデンサC2A−整流ダイオードDo1−平滑コンデンサCoの経路で整流電流が流れる。このときには、二次巻線部N2Aの誘起電圧に対して、先の二次巻線N2の交番電圧の半周期の期間の整流動作により得られている二次側直列共振コンデンサC2Aの両端電圧が重畳される状態で、平滑コンデンサCoへの充電が行われる。これにより、平滑コンデンサCoには、二次巻線部N2Aの交番電圧に対して2倍となるレベルの両端電圧が生成されることになる。
つまり、第1の倍電圧半波整流回路は、二次巻線部N2Aの交番電圧の一方の半周期の期間で二次巻線部N2Aの交番電圧の等倍に対応するレベルの二次側直列共振コンデンサC2Aの両端電圧を生成し、二次巻線部N2Aの交番電圧の他方の半周期の期間で、二次巻線部N2Aの交番電圧と二次側直列共振コンデンサC2Aの両端電圧の重畳レベルにより平滑コンデンサCoに充電を行うことで、平滑コンデンサCoの両端電圧として、二次巻線部N2Aの交番電圧の2倍に対応するレベルの両端電圧を得る、という倍電圧半波整流動作を行う。
また、上記した倍電圧半波整流動作では、二次側直列共振コンデンサC2Aに対して、正/負の両極の方向で半周期ごとに電流が流れているが、これに応じて、第1の二次側直列共振回路が共振動作を行うことになる。
The rectifying operation of the first voltage doubler half-wave rectifier circuit is as follows.
First, in one half cycle period of the alternating voltage induced in the secondary winding N2, a rectified current flows through the path of the secondary winding portion N2A-rectifier diode Do2-secondary series resonance capacitor C2A. The secondary side series resonant capacitor C2A is charged with a rectified current. By this rectifying operation, a voltage across the level corresponding to the same voltage as the alternating voltage induced in the secondary winding portion N2A is generated in the secondary side series resonance capacitor C2A.
Further, in the subsequent half-cycle period of the alternating voltage of the secondary winding N2, a rectified current flows through the path of the secondary winding portion N2A-secondary side series resonant capacitor C2A-rectifier diode Do1-smoothing capacitor Co. . At this time, the voltage across the secondary side series resonant capacitor C2A obtained by the rectification operation during the half cycle of the alternating voltage of the previous secondary winding N2 with respect to the induced voltage of the secondary winding N2A is In the superposed state, the smoothing capacitor Co is charged. As a result, a voltage across the level that is twice the alternating voltage of the secondary winding N2A is generated in the smoothing capacitor Co.
In other words, the first voltage half-wave rectifier circuit has a secondary side at a level corresponding to an equal multiple of the alternating voltage of the secondary winding N2A in one half cycle of the alternating voltage of the secondary winding N2A. A voltage across the series resonant capacitor C2A is generated, and the alternating voltage of the secondary winding N2A and the voltage across the secondary side series resonant capacitor C2A are generated during the other half cycle of the alternating voltage of the secondary winding N2A. Double voltage half-wave rectification operation in which the smoothing capacitor Co is charged at the superposition level to obtain a voltage at both ends corresponding to twice the alternating voltage of the secondary winding N2A as the voltage across the smoothing capacitor Co. I do.
Further, in the above-described voltage doubler half-wave rectification operation, a current flows through the secondary side series resonant capacitor C2A every half cycle in both positive and negative pole directions. The secondary side series resonance circuit performs a resonance operation.

また、上記第1の倍圧半波整流回路の整流動作に伴い、整流ダイオードDo1,Do2がターンオフするタイミングに応じて、二次側部分共振コンデンサCp2Aを備える二次側部分電圧共振回路による部分電圧共振動作が得られる。   Further, the partial voltage generated by the secondary partial voltage resonance circuit including the secondary partial resonance capacitor Cp2A according to the timing when the rectification diodes Do1 and Do2 are turned off in accordance with the rectification operation of the first voltage doubler half-wave rectification circuit. Resonant operation is obtained.

また、第2の倍電圧半波整流回路は、[二次巻線部N2B、二次側直列共振コンデンサC2B、整流ダイオードDo3,Do4]により、上記第1の倍電圧半波整流回路と同様の倍電圧半波整流動作を、上記第1の倍電圧半波整流回路の整流動作に対して、ちょうど半周期シフトした周期タイミングにより実行する。また、この整流動作により、第2の二次側直列共振回路が共振動作を得ることになる。さらに、この整流動作に伴い、整流ダイオードDo3,Do4がターンオフするタイミングに応じて、二次側部分共振コンデンサCp2Bを備える二次側部分電圧共振回路による部分電圧共振動作が得られる。   The second voltage doubler half-wave rectifier circuit is similar to the first voltage doubler half-wave rectifier circuit by the [secondary winding section N2B, secondary side series resonant capacitor C2B, rectifier diodes Do3, Do4]. The voltage doubler half-wave rectification operation is executed at a cycle timing just shifted by a half cycle with respect to the rectification operation of the first voltage doubler half-wave rectifier circuit. Further, by this rectification operation, the second secondary side series resonance circuit obtains a resonance operation. Further, with this rectification operation, a partial voltage resonance operation by the secondary side partial voltage resonance circuit including the secondary side partial resonance capacitor Cp2B is obtained according to the timing when the rectification diodes Do3 and Do4 are turned off.

このような整流動作が実行されることにより、平滑コンデンサCoに対しては、第1の倍電圧半波整流回路による充電と、第2の倍電圧半波整流回路による充電とが、二次巻線N2の交番電圧の半周期ごとに繰り返し実行されることになる。つまり、二次巻線N2に対して接続される整流回路全体では、二次巻線部N2A,N2Bに誘起される交番電圧の2倍に対応する充電電位により、二次巻線N2の交番電圧が正/負の各半波の期間で平滑コンデンサCoへの充電を行う、倍電圧全波整流動作を行っている。この整流動作によって平滑コンデンサCoには、二次巻線部N2A,N2Bに誘起される交番電圧の2倍に対応する整流平滑電圧である、二次側直流出力電圧Eoが得られることになる。   By executing such a rectification operation, the smoothing capacitor Co is charged by the first voltage doubler half-wave rectifier circuit and the second voltage doubler half-wave rectifier circuit by the secondary winding. This is repeatedly executed every half cycle of the alternating voltage of the line N2. That is, in the entire rectifier circuit connected to the secondary winding N2, the alternating voltage of the secondary winding N2 is applied by the charging potential corresponding to twice the alternating voltage induced in the secondary winding portions N2A and N2B. Is performing a voltage doubler full wave rectification operation in which the smoothing capacitor Co is charged in each positive / negative half-wave period. By this rectification operation, the smoothing capacitor Co is provided with the secondary side DC output voltage Eo, which is a rectification smoothing voltage corresponding to twice the alternating voltage induced in the secondary winding portions N2A and N2B.

なお、この図10に示す第4の実施の形態の電源回路について、図1に示した第1の実施の形態の電源回路と同じ交流入力電圧条件、負荷条件、二次側直流出力電圧Eoのレベルを設定した仕様とする場合には、二次巻線部N2A,N2Bの各々の巻数について、例えば図1の電源回路の二次巻線N2の巻数の1/2となる14Tとすることができる。その他の各部の選定については、先の第1の実施の形態の電源回路について、図6及び図7の実験結果を得た場合と同様でよい。   Note that the power supply circuit of the fourth embodiment shown in FIG. 10 has the same AC input voltage conditions, load conditions, and secondary side DC output voltage Eo as those of the power supply circuit of the first embodiment shown in FIG. In the case of a specification with a set level, the number of turns of each of the secondary winding portions N2A and N2B is set to 14T, which is ½ of the number of turns of the secondary winding N2 of the power supply circuit of FIG. it can. The selection of other parts may be the same as in the case of obtaining the experimental results of FIGS. 6 and 7 for the power supply circuit of the first embodiment.

また、図10に示す第4の実施の形態の電源回路について実験を行った結果として、動作波形としては、図6と同様の波形が得られた。
また、負荷変動に対するスイッチング周波数fsの変化特性としては、負荷電力Po=0W〜200Wの変動に対して、交流入力電圧VAC=100V時においては70.5kHz〜68.2kHzの必要制御範囲であり、図5に示したΔfs1としては、Δfs1=2.3kHzとなる。
また、交流入力電圧VAC=230V時においては101.3kHz〜93.2kHzの必要制御範囲であり、図5に示したΔfs2としては、Δfs2=8.1kHとなる。この実施の形態においても、AC100V系時とAC200V系時とでの各レンジごとのスイッチング周波数fsの必要制御範囲は9kHz未満であり、また、現状のスイッチング素子駆動用IC(発振・ドライブ回路2)のスイッチング駆動周波数の上限である200kHzに対して充分低く収まっている。
また、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)については、最大負荷電力Pomax=200Wの負荷条件で、交流入力電圧VAC=100V時ではηAC→DC=88.8%、交流入力電圧VAC=230V時ではηAC→DC=91.5%となる測定結果が得られた。この結果から、本実施の形態としても、商用交流電源の入力レベルが高い条件でのAC→DC電力変換効率の改善効果が充分に得られている。
Further, as a result of experiments on the power supply circuit of the fourth embodiment shown in FIG. 10, the same operation waveforms as those shown in FIG. 6 were obtained.
Further, the change characteristic of the switching frequency fs with respect to the load change is a necessary control range of 70.5 kHz to 68.2 kHz when the AC input voltage VAC is 100 V with respect to the change of the load power Po = 0 W to 200 W. Δfs1 shown in FIG. 5 is Δfs1 = 2.3 kHz.
Further, when the AC input voltage VAC = 230 V, the required control range is 101.3 kHz to 93.2 kHz, and Δfs2 shown in FIG. 5 is Δfs2 = 8.1 kHz. Also in this embodiment, the necessary control range of the switching frequency fs for each range in the AC100V system and the AC200V system is less than 9 kHz, and the current switching element driving IC (oscillation / drive circuit 2) The switching drive frequency is sufficiently lower than the upper limit of 200 kHz.
In addition, regarding AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC), ηAC → DC = 88.8% and AC input voltage VAC = 230V under the load condition of maximum load power Pomax = 200 W when AC input voltage VAC = 100V. In some cases, a measurement result of ηAC → DC = 91.5% was obtained. From this result, even in the present embodiment, the effect of improving the AC → DC power conversion efficiency under the condition that the input level of the commercial AC power supply is high is sufficiently obtained.

図11は、第5の実施の形態としての電源回路の構成例を示している。なお、この図において、図1、及び図8〜図10と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
この第5の実施の形態における絶縁コンバータトランスPIT自体も、図2により説明したのと同様の構造を有することで、結合係数k=0.75程度が設定される。
また、この第5の実施の形態の電源回路としても、先の各実施の形態と同様にして、多重複合共振形コンバータとしての基本構成を採り、二次巻線N2と二次側共振コンデンサとから成る二次側直列共振回路を備える。
FIG. 11 shows a configuration example of a power supply circuit according to the fifth embodiment. In this figure, the same parts as those in FIG. 1 and FIGS.
The insulating converter transformer PIT itself in the fifth embodiment also has a structure similar to that described with reference to FIG. 2, so that a coupling coefficient k = 0.75 is set.
The power supply circuit of the fifth embodiment also adopts a basic configuration as a multiple composite resonance type converter in the same manner as the previous embodiments, and includes a secondary winding N2, a secondary side resonance capacitor, A secondary side series resonant circuit.

そして、この場合において、総合結合係数kt=0.65以下を設定するのにあたっては、図9に示した第3の実施の形態と同様にして、二次側に高周波インダクタを備えることとしている。
この場合、二次側整流回路としては、図10の第4の実施の形態と同様に倍電圧全波整流回路とされていることから、二次側の高周波インダクタとしては、第1の倍電圧半波整流回路と第2の倍電圧半波整流回路とのそれぞれに対応して、高周波インダクタL12A,L12Bの2つが備えられる。
高周波インダクタL12Aは、二次巻線部N2Aと二次側直列共振コンデンサC2Aの間に直列に挿入されることで、第1の倍電圧半波整流回路において、二次巻線部N2Aと直列接続された関係を持つようにされる。同様にして、高周波インダクタL12Bは、二次巻線部N2Bと二次側直列共振コンデンサC2Bの間に直列に挿入されることで、第2の倍電圧半波整流回路において、二次巻線部N2Bと直列接続された関係を持つようにされる。
In this case, when setting the total coupling coefficient kt = 0.65 or less, a high-frequency inductor is provided on the secondary side in the same manner as in the third embodiment shown in FIG.
In this case, since the secondary side rectifier circuit is a voltage doubler full wave rectifier circuit as in the fourth embodiment of FIG. 10, the secondary side high frequency inductor is the first voltage doubler. Two high-frequency inductors L12A and L12B are provided corresponding to each of the half-wave rectifier circuit and the second voltage doubler half-wave rectifier circuit.
The high frequency inductor L12A is inserted in series between the secondary winding portion N2A and the secondary side series resonant capacitor C2A, so that it is connected in series with the secondary winding portion N2A in the first voltage doubler half-wave rectifier circuit. To have a relationship. Similarly, the high frequency inductor L12B is inserted in series between the secondary winding portion N2B and the secondary side series resonant capacitor C2B, so that the secondary winding portion in the second voltage doubler half-wave rectifier circuit is provided. N2B is connected in series.

上記のようにして高周波インダクタL12A,L12Bを備えることで、二次巻線部N2A,N2Bの見かけ上のリーケージインダクタンスが増加することとなって、絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktについて、kt=0.65程度の疎結合の状態が得られることとなる。   By providing the high-frequency inductors L12A and L12B as described above, the apparent leakage inductance of the secondary winding portions N2A and N2B increases, and the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT is kt = A loosely coupled state of about 0.65 is obtained.

また、この図に示す二次側の倍電圧全波整流回路においては、二次側部分共振コンデンサについては、二次側部分共振コンデンサCp2の1つのみとされ、この二次側部分共振コンデンサCp2を、整流ダイオードDo1のアノードと整流ダイオードDo2のカソードの接続点と、整流ダイオードDo3のアノードと整流ダイオードDo4のカソードの接続点との間に挿入するようにしている。
このような形態を採ることで、二次側部分電圧共振コンデンサCp2は、二次側部分電圧共振回路(並列共振回路)を形成するためのキャパシタンスとして、第1の倍電圧半波整流回路と第2の倍電圧半波整流回路とで共有されることになる。
つまり、二次側部分共振コンデンサCp2は、先ず、第1の倍電圧半波整流回路において、二次巻線部N2AのリーケージインダクタンスL2Aと高周波インダクタL12Aのインダクタンスの合成により得られる絶縁コンバータトランスPITの二次側リーケージインダクタンス成分とにより、部分電圧共振回路を形成する。同様にして、第2の倍電圧半波整流回路において、二次巻線部N2BのリーケージインダクタンスL2Bと高周波インダクタL12Bのインダクタンスの合成により得られる絶縁コンバータトランスPITの二次側リーケージインダクタンス成分とにより、部分電圧共振回路を形成する。
これにより、整流ダイオードDo1,Do4がターンオフするタイミングと、整流ダイオードDo2,Do3がターンオフするタイミングとで、適正に部分電圧共振動作が得られることになる。
In the secondary side voltage doubler full-wave rectifier circuit shown in this figure, the secondary side partial resonance capacitor is only one of the secondary side partial resonance capacitors Cp2, and this secondary side partial resonance capacitor Cp2 is used. Are inserted between the connection point of the anode of the rectification diode Do1 and the cathode of the rectification diode Do2, and the connection point of the anode of the rectification diode Do3 and the cathode of the rectification diode Do4.
By adopting such a configuration, the secondary side partial voltage resonance capacitor Cp2 has the first voltage doubler half-wave rectifier circuit and the second capacitance as capacitance for forming the secondary side partial voltage resonance circuit (parallel resonance circuit). It is shared by the double voltage half-wave rectifier circuit of 2.
In other words, the secondary side partial resonance capacitor Cp2 is the first in the first voltage doubler half-wave rectifier circuit. A partial voltage resonance circuit is formed by the secondary side leakage inductance component. Similarly, in the second voltage doubler half-wave rectifier circuit, due to the secondary side leakage inductance component of the insulating converter transformer PIT obtained by combining the leakage inductance L2B of the secondary winding portion N2B and the inductance of the high frequency inductor L12B, A partial voltage resonance circuit is formed.
Thus, a partial voltage resonance operation can be appropriately obtained at the timing when the rectifier diodes Do1 and Do4 are turned off and the timing when the rectifier diodes Do2 and Do3 are turned off.

図12の回路図は、第6の実施の形態としての電源回路の構成例を示している。なお、この図において、図1、及び図8〜図11と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
この第6の実施の形態における絶縁コンバータトランスPIT自体も、図2により説明したのと同様の構造を有することで、結合係数k=0.75程度が設定される。
また、この第6の実施の形態の電源回路としても、先の各実施の形態と同様にして、多重複合共振形コンバータとしての基本構成を採り、二次巻線N2と二次側共振コンデンサとから成る二次側直列共振回路を備える。また、絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktについてkt=0.65以下とするために、図1、図8に示した第1,第2の実施の形態の電源回路と同様に、一次巻線N1に対して直列に高周波インダクタL11を接続している。
The circuit diagram of FIG. 12 shows a configuration example of a power supply circuit as a sixth embodiment. In this figure, the same parts as those in FIG. 1 and FIGS.
The insulation converter transformer PIT itself in the sixth embodiment also has the same structure as that described with reference to FIG. 2, so that a coupling coefficient k = 0.75 is set.
The power supply circuit of the sixth embodiment also adopts a basic configuration as a multiple composite resonance type converter, as in the previous embodiments, and includes a secondary winding N2, a secondary side resonance capacitor, A secondary side series resonant circuit. Further, in order to set the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT to kt = 0.65 or less, the primary winding is similar to the power supply circuits of the first and second embodiments shown in FIGS. A high frequency inductor L11 is connected in series with N1.

そのうえで、この第6の実施の形態としては、二次巻線N2に対して接続される整流回路として、倍電圧半波整流回路を備える。
この場合の倍電圧半波整流回路としては、先ず、二次巻線N2の一方の端部に対して、二次側直列共振コンデンサC2の直列接続を介して、整流ダイオードDo1のアノードを接続する。整流ダイオードDo1のカソードは、平滑コンデンサCoの正極端子に接続される。平滑コンデンサCoの負極端子は二次側アースに接続される。
また、二次巻線N2の他方の端部は、二次側アースに接地させたうえで、整流ダイオードDo2のアノードとも接続する。整流ダイオードDo2のカソードは、整流ダイオードDo1のアノードと二次側直列共振コンデンサC2Aの接続点に対して接続する。
また、この場合にも、二次側部分共振コンデンサCp2は、二次側直列共振回路を成す二次巻線N2−二次側直列共振コンデンサC2の直列接続回路に対して並列に接続されており、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2とともに二次側部分電圧共振回路を形成する。
In addition, the sixth embodiment includes a voltage doubler half-wave rectifier circuit as a rectifier circuit connected to the secondary winding N2.
As the voltage doubler half-wave rectifier circuit in this case, first, the anode of the rectifier diode Do1 is connected to one end of the secondary winding N2 through the series connection of the secondary side series resonant capacitor C2. . The cathode of the rectifier diode Do1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co. The negative terminal of the smoothing capacitor Co is connected to the secondary side ground.
The other end of the secondary winding N2 is grounded to the secondary side ground, and is also connected to the anode of the rectifier diode Do2. The cathode of the rectifier diode Do2 is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode Do1 and the secondary side series resonant capacitor C2A.
Also in this case, the secondary side partial resonance capacitor Cp2 is connected in parallel to the series connection circuit of the secondary winding N2 and the secondary side series resonance capacitor C2 forming the secondary side series resonance circuit. The secondary side partial voltage resonance circuit is formed together with the leakage inductance L2 of the secondary winding N2.

上記した倍電圧半波整流回路の整流動作は、例えば上記図10、又は図11により説明した第1若しくは第2の倍電圧半波整流回路と同様となるので、ここでの詳しい説明は省略する。また、二次側部分共振コンデンサCp2を備えて成る二次側部分電圧共振回路は、整流ダイオードDo1,Do2がそれぞれターンオフするタイミングに応じて部分電圧共振動作を行う。   The rectifying operation of the above-described voltage doubler half-wave rectifier circuit is the same as that of the first or second voltage doubler half-wave rectifier circuit described with reference to FIG. 10 or FIG. 11, for example, and detailed description thereof is omitted here. . In addition, the secondary side partial voltage resonance circuit including the secondary side partial resonance capacitor Cp2 performs a partial voltage resonance operation according to the timing when the rectifier diodes Do1 and Do2 are turned off.

なお、この第6の実施の形態の電源回路についても、図1に示した第1の実施の形態の電源回路と同じ交流入力電圧条件、負荷条件、二次側直流出力電圧Eoのレベルを設定する仕様とする場合には、二次巻線部N2の巻数について、第1の実施の形態の1/2となる14Tとすることができ、例えば、二次側整流回路が通常の全波整流回路又は倍電圧全波整流回路の場合よりも二次巻線N2としての巻数は削減される。また、この場合には二次側直列共振コンデンサC2について例えば0.39μFを選定するようにされる。その他の各部の選定については、先の第1の実施の形態の電源回路について、図6及び図7の実験結果を得た場合と同様でよい。   For the power supply circuit of the sixth embodiment, the same AC input voltage condition, load condition, and level of the secondary side DC output voltage Eo as the power supply circuit of the first embodiment shown in FIG. 1 are set. In the case of the specification to be performed, the number of turns of the secondary winding portion N2 can be set to 14T that is ½ of that of the first embodiment. For example, the secondary side rectifier circuit is a normal full-wave rectifier. The number of turns as the secondary winding N2 is reduced as compared with the case of the circuit or the voltage doubler full wave rectifier circuit. In this case, for example, 0.39 μF is selected for the secondary side series resonance capacitor C2. The selection of other parts may be the same as in the case of obtaining the experimental results of FIGS. 6 and 7 for the power supply circuit of the first embodiment.

また、図12に示す第6の実施の形態の電源回路について実験を行った結果としても、動作波形としては、図6と同様の波形が得られた。ただし、二次側が倍電圧半波整流動作であるために、二次巻線N2に流れる電流I2(整流電流)については、ほぼ2倍のピークレベルとなる。
また、負荷変動に対するスイッチング周波数fsの変化特性としては、負荷電力Po=0W〜200Wの変動に対して、交流入力電圧VAC=100V時においては68.1kHz〜65.2kHzの必要制御範囲であり、図5に示したΔfs1としては、Δfs1=2.9kHzとなる。
また、交流入力電圧VAC=230V時においては98.7kHz〜90.2kHzの必要制御範囲であり、図5に示したΔfs2としては、Δfs2=8.5kHとなる。この実施の形態においても、AC100V系時とAC200V系時とでの各レンジごとのスイッチング周波数fsの必要制御範囲は9kHz未満であり、また、現状のスイッチング素子駆動用IC(発振・ドライブ回路2)のスイッチング駆動周波数の上限である200kHzに対して充分低く収まっている。
また、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)については、最大負荷電力Pomax=200Wの負荷条件で、交流入力電圧VAC=100V時ではηAC→DC=89.0%、交流入力電圧VAC=230V時ではηAC→DC=91.7%となる測定結果が得られており、先の各実施の形態と同様に、商用交流電源の入力レベルが高い条件でのAC→DC電力変換効率の改善効果が充分に得られている。
Also, as a result of experiments on the power supply circuit of the sixth embodiment shown in FIG. 12, the same operation waveforms as those in FIG. 6 were obtained. However, since the secondary side is a voltage doubler half-wave rectification operation, the current I2 (rectified current) flowing through the secondary winding N2 has a peak level almost twice as high.
Further, as a change characteristic of the switching frequency fs with respect to the load change, the required control range is 68.1 kHz to 65.2 kHz when the AC input voltage VAC is 100 V with respect to the change of the load power Po = 0 W to 200 W. Δfs1 shown in FIG. 5 is Δfs1 = 2.9 kHz.
Further, when the AC input voltage VAC = 230 V, the required control range is 98.7 kHz to 90.2 kHz, and Δfs2 shown in FIG. 5 is Δfs2 = 8.5 kHz. Also in this embodiment, the necessary control range of the switching frequency fs for each range in the AC100V system and the AC200V system is less than 9 kHz, and the current switching element driving IC (oscillation / drive circuit 2) The switching drive frequency is sufficiently lower than the upper limit of 200 kHz.
As for AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC), ηAC → DC = 89.0% and AC input voltage VAC = 230V when the AC input voltage VAC = 100V under the load condition of maximum load power Pomax = 200W. In some cases, a measurement result of ηAC → DC = 91.7% was obtained, and the effect of improving the AC → DC power conversion efficiency under the condition that the input level of the commercial AC power supply is high, as in the previous embodiments. Is sufficiently obtained.

図13の回路図は、第7の実施の形態としての電源回路の構成例を示している。
なお、この図において、図1、及び図8〜図12と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
この第5の実施の形態における絶縁コンバータトランスPIT自体も、図2により説明したのと同様の構造を有することで、結合係数k=0.75程度が設定される。
また、この第5の実施の形態の電源回路としても、先の各実施の形態と同様にして、多重複合共振形コンバータとしての基本構成を採り、二次巻線N2と二次側共振コンデンサとから成る二次側直列共振回路を備える。
また、二次側整流回路としては、図12に示した第6の実施の形態と同様にして、倍電圧半波整流回路を備える。そのうえで、一次巻線N1に対して高周波インダクタを直列接続するのに代えて、二次巻線N2に対して直列に高周波インダクタL12を接続することとしている。
この場合、高周波インダクタL12は、図示するようにして、二次巻線N2の一端と、二次側直列共振コンデンサC2との間に対して直列に挿入するようにされる。このようにして高周波インダクタL12を挿入することで、二次巻線N2側の見かけ上のリーケージインダクタンスが増加することとなって、絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktについて、kt=0.65以下の所定値による疎結合の状態を得ることができる。
The circuit diagram of FIG. 13 shows a configuration example of a power supply circuit as the seventh embodiment.
In this figure, the same parts as those in FIG. 1 and FIGS.
The insulating converter transformer PIT itself in the fifth embodiment also has a structure similar to that described with reference to FIG. 2, so that a coupling coefficient k = 0.75 is set.
The power supply circuit of the fifth embodiment also adopts a basic configuration as a multiple composite resonance type converter in the same manner as the previous embodiments, and includes a secondary winding N2, a secondary side resonance capacitor, A secondary side series resonant circuit.
Further, the secondary side rectifier circuit includes a voltage doubler half-wave rectifier circuit as in the sixth embodiment shown in FIG. In addition, instead of connecting a high-frequency inductor in series with the primary winding N1, a high-frequency inductor L12 is connected in series with the secondary winding N2.
In this case, the high frequency inductor L12 is inserted in series between one end of the secondary winding N2 and the secondary side series resonance capacitor C2 as shown in the figure. By inserting the high-frequency inductor L12 in this way, the apparent leakage inductance on the secondary winding N2 side is increased, and the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT is kt = 0.65 or less. It is possible to obtain a loosely coupled state with a predetermined value.

なお、上記図10〜図13の第4〜第7の実施の形態では、二次側整流回路について、倍電圧全波整流回路、又は倍電圧半波整流回路を備えた構成を採っているが、これらの実施の形態についても、先に図8に示した第2の実施の形態のようにして、一次側の電流共振形コンバータについてフルブリッジ結合方式とする構成を採ることが可能であり、これにより、図8の場合と同様にして、例えば最大負荷電力Pomax=300W程度以上に対応する電源回路を得ることができる。   In the fourth to seventh embodiments of FIGS. 10 to 13, the secondary side rectifier circuit is configured to include a voltage doubler full wave rectifier circuit or a voltage doubler half wave rectifier circuit. In these embodiments as well, as in the second embodiment shown in FIG. 8, it is possible to adopt a configuration in which the primary-side current resonance type converter is a full-bridge coupling method. Thereby, similarly to the case of FIG. 8, a power supply circuit corresponding to, for example, the maximum load power Pomax = about 300 W or more can be obtained.

続いて、図14〜図18を参照して、本発明の第8の実施の形態について説明する。
先ず、第8の実施の形態としての電源回路の回路構成としては、例えば、先に図1、及び図8〜図13に示した各実施の形態の構成から、高周波インダクタ(L11,L12,L12A,L12B)を省略することができる。つまり、回路図的には、多重共振形コンバータとしての基本構成でよいことになる。
そのうえで、第8の実施の形態としては、絶縁コンバータトランスPITとして、例えば図14の断面図に示す構造を採るようにされる。
図14に示す絶縁コンバータトランスPITとしても、図2と同様に、例えば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てEE型コア(EE字形コア)を形成するようにされる。
また、この場合にも、一次巻線N1と二次巻線N2については、ボビンBにおけるそれぞれ異なる巻装部に対して巻装するようにされる。この場合のボビンBとしても、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で、例えば樹脂などによって形成される。そして、これら一次巻線N1及び二次巻線N2が巻装されたボビンBをEE型コア(CR1,CR2)に取り付ける。これにより、一次巻線N1と二次巻線N2とはそれぞれ異なる巻装領域により、EE型コアの内磁脚に巻装される状態となる。
Subsequently, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as the circuit configuration of the power supply circuit as the eighth embodiment, for example, the high frequency inductors (L11, L12, L12A) from the configurations of the embodiments shown in FIG. 1 and FIGS. , L12B) can be omitted. That is, in terms of a circuit diagram, a basic configuration as a multiple resonance type converter is sufficient.
In addition, in the eighth embodiment, as the insulating converter transformer PIT, for example, the structure shown in the sectional view of FIG. 14 is adopted.
Also in the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 14, as in FIG. 2, for example, E-type cores CR1 and CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other to form an EE-type core (EE-shaped core). To be done.
Also in this case, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound around different winding portions in the bobbin B, respectively. The bobbin B in this case is also formed of a resin or the like, for example, in a shape in which the primary side and secondary side winding portions are divided so as to be independent from each other. Then, the bobbin B around which the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound is attached to the EE type core (CR1, CR2). As a result, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound around the inner magnetic legs of the EE core by different winding regions.

また、この絶縁コンバータトランスPITとしても、EE型コアの内磁脚に対しては、図のようにしてギャップGを形成する。この場合のギャップGのギャップ長Ln1としても、例えばギャップ長1.6mm程度を設定するようにされ、次に説明するフェライトシーコアFSC1,FSC2を挿入しない形態では、絶縁コンバータトランスPIT自体の結合係数kとして、k=0.75程度が得られる構造とする。   Further, also in this insulating converter transformer PIT, a gap G is formed as shown in the figure with respect to the inner magnetic leg of the EE type core. As the gap length Ln1 of the gap G in this case, for example, a gap length of about 1.6 mm is set, and in a form in which the ferrite sea cores FSC1 and FSC2 described below are not inserted, the coupling coefficient k of the insulating converter transformer PIT itself As a structure, k = about 0.75 is obtained.

そして、図14に示す絶縁コンバータトランスPITとしては、EE型コアの2本の外磁脚の中央部分、つまり、一次巻線N1の巻装位置と、二次巻線N2の巻装位置との境にあたる部位の各々に対応して、フェライトシートコアFSC1、FSC2を挟むようにして設けるようにされる。これらフェライトシートコアFSC1、FSC2は、それぞれ所定の厚さLn2を有する。
また、この場合のフェライトシートコアFSC1、FSC2は、その名前からも分かるように、E形コアCR1,CR2と同じフェライトから成るもので、外磁脚に挟まれた状態で設けられる。そのうえで、さらに、フェライトシートコアFSC1、FSC2は、外磁脚の内側端面部からEE型コアの内磁脚側に対して、所定の長さLn3により突出部位(磁路発生部位)があるようにして設けられる。これにより、ボビンBにおける一次巻線N1と二次巻線N2の巻装部の間の部位に対しては、フェライトシートコアFSC1、FSC2の端部側が所定長分だけ嵌入されるような状態となる。
As the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 14, the center portion of the two outer magnetic legs of the EE core, that is, the winding position of the primary winding N1 and the winding position of the secondary winding N2 are provided. The ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 are provided so as to be sandwiched between the portions corresponding to the boundaries. These ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 each have a predetermined thickness Ln2.
Moreover, the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 in this case are made of the same ferrite as the E-shaped cores CR1 and CR2, as can be seen from their names, and are provided in a state of being sandwiched between outer magnetic legs. In addition, the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 further have a protruding portion (magnetic path generating portion) with a predetermined length Ln3 from the inner end surface portion of the outer magnetic leg to the inner magnetic leg side of the EE core. Provided. As a result, the end portions of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 are inserted into the portion between the winding portions of the primary winding N1 and the secondary winding N2 in the bobbin B by a predetermined length. Become.

ここで、例えば、先に図2に示した絶縁コンバータトランスPITのようにして、フェイライトシートコアFSC1、FSC2を挿入しない単純なEE形コア構造の場合には、図15(a)の磁束φ1、φ2に示すようにして磁路が形成されることになる。なお、図15においては、図示をわかりやすくするために、ボビンBの図示は省略している。
この図から分かるように、磁束φ1、φ2の磁路は、一次巻線N1側と二次巻線N2側とをまたぐようにして外磁脚を通る。このために、本来の一次巻線N1と二次巻線N2との結合度は相応に高いものであり、先に説明した絶縁コンバータトランスPIT自体の結合係数k=0.75程度は、ギャップ長1.6mm程度のギャップGを内磁脚に形成することで得ていたものである。
Here, for example, in the case of a simple EE type core structure in which the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 are not inserted as in the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 2, the magnetic flux φ1 in FIG. , Φ 2, a magnetic path is formed. In FIG. 15, the bobbin B is not shown for easy understanding.
As can be seen from this figure, the magnetic paths of the magnetic fluxes φ1 and φ2 pass through the outer magnetic legs so as to straddle the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side. For this reason, the degree of coupling between the primary winding N1 and the secondary winding N2 is reasonably high, and the coupling coefficient k of the insulating converter transformer PIT itself described above is about 0.75. This was obtained by forming a gap G of about 1.6 mm on the inner magnetic leg.

これに対して、図14に示したようにしてフェライトシートコアFSC1,FSC2を設けた場合、E形コアCR1,CR2が、フェライトシートコアFSC1,FSC2と同材質のフェライトであることによれば、実質的には、図15(b)に示すようにして、EE形コアの形状として、外磁脚の中央部が内磁脚の中央部側に突出した形状を有しているものとみることができる。そして、このようなEE形コアの形状は、図15(a)のEE形コア形状に対して、突出部分(磁路発生部位)の長さLn3の分だけ、外磁脚の中央部分と内磁脚の中央部分との空間距離が短くなっていることになる。
これらの部位が近づいた分、図15(b)に示す絶縁コンバータトランスPITでは、図2において破線で示すφ11,φ12により示される磁束が生じることになる。この磁束φ11,φ12の成分は、上記フェライトシートコアFSC1,FSC2の突出部分の長さLn3が長くなって、外磁脚の中央部分と内磁脚の中央部分との空間距離が短くなるほど増加し、一方の磁束φ11,φ12の成分量は減少していく。
On the other hand, when the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 are provided as shown in FIG. 14, the E-shaped cores CR1 and CR2 are ferrites of the same material as the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2. In essence, as shown in FIG. 15 (b), the shape of the EE core is assumed to have a shape in which the center of the outer magnetic leg protrudes toward the center of the inner magnetic leg. Can do. The shape of such an EE core is different from that of the EE core in FIG. 15A by the length Ln3 of the protruding portion (magnetic path generation site) and the central portion of the outer magnetic leg. The spatial distance from the center part of the magnetic leg is shortened.
As these portions approach, the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 15B generates magnetic fluxes indicated by φ11 and φ12 indicated by broken lines in FIG. The components of the magnetic fluxes φ11 and φ12 increase as the length Ln3 of the protruding portion of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 becomes longer and the spatial distance between the central portion of the outer magnetic leg and the central portion of the inner magnetic leg becomes shorter. However, the component amount of one of the magnetic fluxes φ11 and φ12 decreases.

ここで、磁束φ11,φ12の磁路は、一次巻線N1側と二次巻線N2側とに対応してそれぞれ形成されるものとなる。従って、上記した磁束φ11,φ12の成分量が減少するのに対して磁束φ11,φ12が増加する傾向になるということは一次巻線N1と二次巻線N2との結合度が低下する、つまり、総合結合係数ktが増加することになる。そして、この総合結合係数ktの増加により、等価的には、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1側と二次巻線N2側のリーケージインダクタンスの値としては、内磁脚のギャップGにより決まる値よりも増加することになる。   Here, the magnetic paths of the magnetic fluxes φ11 and φ12 are respectively formed corresponding to the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side. Accordingly, when the component amounts of the magnetic fluxes φ11 and φ12 are decreased, the magnetic fluxes φ11 and φ12 tend to increase, which reduces the degree of coupling between the primary winding N1 and the secondary winding N2. As a result, the total coupling coefficient kt increases. As the total coupling coefficient kt increases, equivalently, the leakage inductance value on the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side of the insulating converter transformer PIT is a value determined by the gap G of the inner magnetic leg. Will be more than.

上記図14に示す絶縁コンバータトランスPITを備えた電源回路の等価回路図を図16〜図18に示す。
先ず図16は、例えば図1、図8、図9などに示したように、二次側整流回路について全波整流回路を備える電源回路の場合の等価回路を示している。なお、この図において、図1,図8,図9と同一部分については同一符号を付している。
この図に示される絶縁コンバータトランスPITとしては、ギャップGを要因として決定される一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1と、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2を有しているものとして扱われる。この点については、以降説明する図17及び図18についても同様である。
そのうえで、絶縁コンバータトランスPITにおいてフェライトシートコアFSC1、FSC2を設けたことによる等価的なリーケージインダクタンスの増加分については、一次巻線N1と直列接続されるインダクタL1lと、二次巻線N2に直列接続されるインダクタL2lとして表すことができる。つまり、先の実施の形態において示される一次側の高周波インダクタL11と、二次側の高周波インダクタL12とを備えた回路構成としてみることができる。
FIGS. 16 to 18 show equivalent circuit diagrams of the power supply circuit including the insulating converter transformer PIT shown in FIG.
First, FIG. 16 shows an equivalent circuit in the case of a power supply circuit including a full-wave rectifier circuit as a secondary side rectifier circuit, as shown in FIGS. 1, 8, 9 and the like. In this figure, the same parts as those in FIGS. 1, 8, and 9 are denoted by the same reference numerals.
The insulating converter transformer PIT shown in this figure is treated as having the leakage inductance L1 of the primary winding N1 and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 determined by the gap G as a factor. This also applies to FIGS. 17 and 18 described later.
In addition, with respect to the increase in equivalent leakage inductance due to the provision of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 in the insulating converter transformer PIT, the inductor L1l connected in series with the primary winding N1 and the secondary winding N2 are connected in series. Can be represented as an inductor L2l. That is, it can be seen as a circuit configuration including the primary-side high-frequency inductor L11 and the secondary-side high-frequency inductor L12 shown in the previous embodiment.

また、図17は、例えば図10、図11などに示した、二次側整流回路について倍電圧全波整流回路を備える電源回路の場合の等価回路を示している。なお、この図においても、図10,図11と同一部分については同一符号を付している。また、この図においては、図11に示したのと同じ倍電圧全波整流回路が示されているが、図10に示した倍電圧全波整流回路であっても、同様の等価回路が形成されるものである。
この場合にも、図14に示す構造の絶縁コンバータトランスPITを設けた場合には、フェライトシートコアFSC1、FSC2を設けたことによる等価的なリーケージインダクタンスの増加分について、次巻線N1と直列接続されるインダクタL1lと、二次巻線部N2A,N2Bにそれぞれ直列接続されるインダクタL2la、L2lbとして表すことができる。従って、この場合は、一次側の高周波インダクタL11と、二次側の倍電圧全波整流回路に対応して高周波インダクタL12A,L12Bを備えた回路構成であるとみることができる。
FIG. 17 shows an equivalent circuit in the case of a power supply circuit including a voltage doubler full-wave rectifier circuit for the secondary side rectifier circuit shown in FIGS. 10 and 11, for example. In this figure, the same parts as those in FIGS. 10 and 11 are denoted by the same reference numerals. Further, in this figure, the same voltage doubler full wave rectifier circuit as shown in FIG. 11 is shown, but a similar equivalent circuit is formed even in the voltage doubler full wave rectifier circuit shown in FIG. It is what is done.
Also in this case, when the insulating converter transformer PIT having the structure shown in FIG. 14 is provided, the equivalent leakage inductance increase due to the provision of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 is connected in series with the next winding N1. And inductors L2la and L2lb connected in series to the secondary windings N2A and N2B, respectively. Therefore, in this case, it can be considered that the circuit configuration includes the high-frequency inductors L12A and L12B corresponding to the primary-side high-frequency inductor L11 and the secondary-side voltage doubler full-wave rectifier circuit.

また、図18は、例えば図12,図13などに示した、二次側整流回路について倍電圧半波整流回路を備える電源回路の場合の等価回路を示している。なお、この図において、図12,図13と同一部分については同一符号を付している。
この場合において、図14に示す構造の絶縁コンバータトランスPITを設けた場合には、フェライトシートコアFSC1、FSC2を設けたことによる等価的リーケージインダクタンスの増加分について、次巻線N1と直列接続されるインダクタL1lと、二次巻線N2直列接続されるインダクタL2lとして表すことができ、この場合も、一次側の高周波インダクタL11と、二次側の倍電圧半波整流回路に対応して高周波インダクタL12を備えた回路構成であるとみることができる。
FIG. 18 shows an equivalent circuit in the case of a power supply circuit including a voltage doubler half wave rectifier circuit for the secondary side rectifier circuit shown in FIGS. In this figure, the same parts as those in FIGS. 12 and 13 are denoted by the same reference numerals.
In this case, when the insulating converter transformer PIT having the structure shown in FIG. 14 is provided, the increase in equivalent leakage inductance due to the provision of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 is connected in series with the next winding N1. The inductor L1l and the secondary winding N2 can be expressed as an inductor L2l connected in series. In this case as well, the high-frequency inductor L12 corresponding to the primary-side high-frequency inductor L11 and the secondary-side voltage doubler half-wave rectifier circuit It can be considered that the circuit configuration is provided with.

これら図16〜図18に示す等価回路が形成されることに基づき、第8の実施の形態としては、例えば、絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktについて、kt=0.65以下程度が設定されるように、一次側のインダクタL1l、及び二次側のインダクタL2l(L2la,L2lb)のインダクタンスを設定するようにされる。これらのインダクタンス、主としてはフェライトシートコアFSC1、FSC2の突出部位(磁路発生部位)の長さLn3(及び厚さLn2)により設定することができる。
このようにして、絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktについて、kt=0.65以下程度を設定することで、これまでに説明してきた、一次側の高周波インダクタL11、又は二次側の高周波インダクタL12(L12A,L12B)を備える実施の形態の電源回路と同様にして、二次側直流電圧の制御特性としては、図4及び図5により説明した単峰特性が得られるものであり、ワイドレンジ対応が可能となるものである。
Based on the formation of the equivalent circuits shown in FIGS. 16 to 18, as the eighth embodiment, for example, about kt = 0.65 or less is set for the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT. As described above, the inductances of the primary side inductor L1l and the secondary side inductor L2l (L2la, L2lb) are set. These inductances can be set mainly by the length Ln3 (and thickness Ln2) of the protruding portion (magnetic path generating portion) of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2.
In this way, by setting the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT to about kt = 0.65 or less, the primary-side high-frequency inductor L11 or the secondary-side high-frequency inductor that has been described so far Similar to the power supply circuit of the embodiment having L12 (L12A, L12B), the single-side characteristics described with reference to FIGS. 4 and 5 can be obtained as the secondary-side DC voltage control characteristics, and the wide range This is possible.

また、確認のために述べておくと、この第8の実施の形態としての絶縁コンバータトランスPITの構造では、図14にて説明したように、内磁脚のギャップGについては、これまでの実施の形態と同様にして、1.6mm程度のギャップ長(Ln1)となっている。また、外磁脚に設けられるフェライトシートコアFSC1、FSC2によっては、実際には、磁束状態の変化が生じるのみであって、等価的なリーケージインダクタンスの増加はあっても、実際におけるリーケージインダクタンスの増加はない。従って、絶縁コンバータトランスPITにおいても、内磁脚近傍における渦電流損失の増加の問題は生じていないものである。   For confirmation, in the structure of the isolated converter transformer PIT according to the eighth embodiment, as described with reference to FIG. The gap length (Ln1) is about 1.6 mm in the same manner as the first embodiment. In addition, depending on the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 provided on the outer magnetic legs, in actuality, only a change in the magnetic flux state occurs, and even though there is an increase in the equivalent leakage inductance, the actual increase in the leakage inductance. There is no. Therefore, even in the insulating converter transformer PIT, there is no problem of an increase in eddy current loss in the vicinity of the inner magnetic leg.

また、上記説明から理解されるように、総合結合係数ktは、磁路発生部位としての長さLn3の部位がEE形コアの基本形状に対して形成されるようにすればよいことから、例えば、フェライトシートコアを用いずに、例えば図15(b)に示すままの実際のコア形状が得られるようにE形コアを成型して、これを組み合わせてもよいものである。
ただし、本実施の形態では、現状においては、上記したようなE形コアを成型するよりも、製造工程としてはより簡易となることを考慮して、フェライトシートコア(FSC1,FSC2を外磁脚に挟み込む形態としているものである。
Further, as understood from the above description, the total coupling coefficient kt may be such that the part having the length Ln3 as the magnetic path generation part is formed with respect to the basic shape of the EE type core. Instead of using a ferrite sheet core, for example, an E-shaped core may be molded and combined so that an actual core shape as shown in FIG. 15B can be obtained.
However, in the present embodiment, the ferrite sheet cores (FSC1 and FSC2 are connected to the outer magnetic legs in consideration of the fact that the manufacturing process becomes simpler than molding the E-shaped core as described above. It is made into the form inserted | pinched between.

図19は、第9の実施の形態としての電源回路の構成を示している。なお、この図においては、商用交流電源ACを入力して整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を生成する整流平滑回路系のみが示されているが、これより後段については、これまで説明した各実施の形態の何れかの構成が採られればよい。
この図19に示す整流回路系としては倍電圧整流回路となっている。この倍電圧整流回路は、2本の整流ダイオードDA,DBと、2本の平滑コンデンサCi1,Ci2を備えて成る。
整流ダイオードDAのアノードと整流ダイオードDBのカソードは、コモンモードノイズフィルタ(CMC,CL,CL)の後段となる商用交流電源ACの正極ラインに対して接続される。整流ダイオードDAのカソードは、平滑コンデンサCi1の正極端子と接続され、整流ダイオードDBのアノードは一次側アースに接続される。
平滑コンデンサCi1,Ci2は、平滑コンデンサCi1の負極端子と、平滑コンデンサCi2の正極端子とが接続されるようにして直列に接続され、平滑コンデンサCi1の正極端子は上記しているように、整流ダイオードDAのカソードと接続される。平滑コンデンサCi2の負極端子は一次側アースと接続される。また、平滑コンデンサCi1−Ci2の接続点は、コモンモードノイズフィルタ(CMC,CL,CL)の後段となる商用交流電源ACの負極ラインに対して接続される。
FIG. 19 shows the configuration of a power supply circuit as the ninth embodiment. In this figure, only the rectifying / smoothing circuit system for generating the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) by inputting the commercial AC power supply AC is shown, but the subsequent stages are described above. Any configuration of the embodiment may be adopted.
The rectifier circuit system shown in FIG. 19 is a voltage doubler rectifier circuit. This voltage doubler rectifier circuit comprises two rectifier diodes DA and DB and two smoothing capacitors Ci1 and Ci2.
The anode of the rectifier diode DA and the cathode of the rectifier diode DB are connected to the positive line of the commercial AC power supply AC that is the subsequent stage of the common mode noise filter (CMC, CL, CL). The cathode of the rectifier diode DA is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1, and the anode of the rectifier diode DB is connected to the primary side ground.
The smoothing capacitors Ci1, Ci2 are connected in series so that the negative terminal of the smoothing capacitor Ci1 and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci2 are connected, and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1 is a rectifier diode as described above. Connected to the cathode of DA. The negative terminal of the smoothing capacitor Ci2 is connected to the primary side ground. Further, the connection point of the smoothing capacitors Ci1-Ci2 is connected to the negative line of the commercial AC power supply AC, which is the subsequent stage of the common mode noise filter (CMC, CL, CL).

このようにして形成される倍電圧整流回路では、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)が正極性となる半波の期間では、整流ダイオードDAが導通して平滑コンデンサCi1に整流電流を充電する動作が得られる。これにより、平滑コンデンサCi1の両端電圧としては、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の等倍に対応するレベルの直流電圧(整流平滑電圧)が得られる。
また、交流入力電圧VACが負極性となる半波の期間においては整流ダイオードDBが導通して平滑コンデンサCi2に対して整流電流を充電する動作が得られることで、平滑コンデンサCi2の両端電圧としても、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の等倍に対応するレベルの直流電圧(整流平滑電圧)が得られる。
この結果、平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧としては、商用交流電源ACの2倍に対応する整流平滑電圧Eiが得られることになる。つまり、倍電圧整流回路による倍電圧整流動作が行われている。そして、後段のスイッチングコンバータは、上記のようにして生成された整流平滑電圧Eiを直流入力電圧として入力してスイッチング動作を行うようにされる。
In the voltage doubler rectifier circuit thus formed, during the half-wave period in which the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) is positive, the rectifier diode DA is turned on to charge the smoothing capacitor Ci1 with the rectified current. Operation is obtained. As a result, as the voltage across the smoothing capacitor Ci1, a DC voltage (rectified smoothing voltage) at a level corresponding to the same magnification as the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) is obtained.
Further, during the half-wave period in which the AC input voltage VAC is negative, the operation of charging the rectified current to the smoothing capacitor Ci2 by turning on the rectifier diode DB is obtained, so that the voltage across the smoothing capacitor Ci2 can be obtained. As a result, a DC voltage (rectified smoothing voltage) at a level corresponding to the same size as the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) can be obtained.
As a result, a rectified and smoothed voltage Ei corresponding to twice the commercial AC power supply AC is obtained as the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2. That is, the voltage doubler rectification operation by the voltage doubler rectifier circuit is performed. Then, the switching converter in the subsequent stage is configured to perform a switching operation by inputting the rectified and smoothed voltage Ei generated as described above as a DC input voltage.

このようにして、直流入力電圧(整流平滑電圧Ei)を生成する整流平滑回路系が倍電圧整流回路とする構成は、A100V系のみの単レンジ対応としての構成となる。例えば、AC100V系の単レンジのみでの使用が前提となる電源回路について、この第9の実施の形態としての構成を適用することで、例えば最大負荷電力Pomax=300W以上程度の重負荷の条件に対応する場合に有利となる。
つまり、スイッチング電源回路としては、重負荷の傾向となるのに応じてスイッチングコンバータに流れる電流が増加して電力損失が増加する傾向となるが、倍電圧整流回路により整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)レベルを高いものとすることで、同じ負荷条件に対してスイッチングコンバータに流れる電流量を低減させることができる。これにより、重負荷傾向に伴う電力損失の増加が抑制される。
また、このようにして第9の実施の形態としては、単レンジ対応となるのであるが、これまでの実施の形態と同様にして、定電圧制御特性は、図4及び図5に示した単峰特性が得られるものであり、従って、定電圧制御の応答性も向上されているものである。
In this way, the configuration in which the rectifying and smoothing circuit system that generates the DC input voltage (rectified and smoothing voltage Ei) is a voltage doubler rectifying circuit is a configuration corresponding to a single range of only the A100V system. For example, by applying the configuration of the ninth embodiment to a power supply circuit that is assumed to be used only in a single range of an AC 100V system, for example, the maximum load power Pomax = 300 W or more can be achieved under heavy load conditions. This is advantageous when responding.
In other words, the switching power supply circuit tends to increase the current flowing through the switching converter and increase power loss in response to a heavy load tendency. However, the voltage doubler rectifier circuit increases the rectified smoothed voltage Ei (DC input voltage). ) By making the level high, the amount of current flowing through the switching converter can be reduced under the same load condition. Thereby, the increase in the power loss accompanying a heavy load tendency is suppressed.
In this way, the ninth embodiment is compatible with a single range, but the constant voltage control characteristics are the same as those shown in FIGS. 4 and 5 as in the previous embodiments. Peak characteristics can be obtained, and therefore the response of constant voltage control is also improved.

なお、本発明はこれまで説明した実施の形態に限定されるべきものではない。
例えば、図16〜図18に示した等価回路図に基づけば、例えば絶縁コンバータトランスPIT自体については、結合係数k=0.65程度を設定したうえで、所定インダクタンス値の高周波インダクタL11,L12としての実部品を、それぞれ、一次巻線N1及び二次巻線N2のそれぞれに対して直列に接続する構成としてもよいものである。
また、絶縁コンバータトランスPITについては、必要な磁路が形成される限り、コア形式などをはじめとして、その構造については適宜変更されて構わない。
また、実施の形態で例示した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、例えば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である。また、スイッチングコンバータにおいて選定されるスイッチング素子としても、例えばバイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などをはじめとして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適宜変更されて構わないものである。
The present invention should not be limited to the embodiments described so far.
For example, based on the equivalent circuit diagrams shown in FIGS. 16 to 18, for example, with respect to the insulating converter transformer PIT itself, the coupling coefficient k = 0.65 is set and the high-frequency inductors L11 and L12 having predetermined inductance values are set. The actual parts may be connected in series to the primary winding N1 and the secondary winding N2, respectively.
As for the insulating converter transformer PIT, as long as a necessary magnetic path is formed, the structure thereof including the core type may be appropriately changed.
In addition, the switching converter exemplified in the embodiment is based on a separately excited type current resonant converter, but may be configured to include, for example, a self excited type current resonant converter. In addition, as a switching element selected in the switching converter, for example, an element other than a MOS-FET such as a bipolar transistor or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be employed.
Further, the constants of the component elements described above may be appropriately changed according to actual conditions and the like.

本発明の第1の実施の形態の電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an example of composition of a power circuit of a 1st embodiment of the present invention. 実施の形態のスイッチング電源回路が備える絶縁コンバータトランスの構造例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the insulation converter transformer with which the switching power supply circuit of embodiment is provided. 実施の形態の電源回路を電磁結合形共振回路としてみた等価回路図である。It is the equivalent circuit diagram which looked at the power supply circuit of embodiment as an electromagnetic coupling type resonance circuit. 本実施の形態の電源回路についての定電圧制御特性を示す図である。It is a figure which shows the constant voltage control characteristic about the power supply circuit of this Embodiment. 実施の形態の電源回路の定電圧制御動作として、交流入力電圧条件及び負荷変動に応じたスイッチング周波数制御範囲(必要制御範囲)を示す図である。It is a figure which shows the switching frequency control range (required control range) according to alternating current input voltage conditions and load fluctuation | variation as constant voltage control operation | movement of the power supply circuit of embodiment. 図1に示す電源回路における要部の動作を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing an operation of a main part in the power supply circuit shown in FIG. 図1に示す電源回路についての、負荷変動に対するスイッチング周波数及びAC→DC電力変換効率の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the switching frequency with respect to load fluctuation | variation, and AC-> DC power conversion efficiency about the power supply circuit shown in FIG. 第2の実施の形態の電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit of 2nd Embodiment. 第3の実施の形態の電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit of 3rd Embodiment. 第4の実施の形態の電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit of 4th Embodiment. 第5の実施の形態の電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit of 5th Embodiment. 第6の実施の形態の電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit of 6th Embodiment. 第7の実施の形態の電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit of 7th Embodiment. 第8の実施の形態に対応する絶縁コンバータトランスの構造例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the insulating converter transformer corresponding to 8th Embodiment. 第8の実施の形態に対応する絶縁コンバータトランスの磁路を説明する図図である。It is a figure explaining the magnetic path of the insulation converter transformer corresponding to 8th Embodiment. 第8の実施の形態としての電源回路に対応する等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit corresponding to the power supply circuit as 8th Embodiment. 第8の実施の形態としての電源回路に対応する等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit corresponding to the power supply circuit as 8th Embodiment. 第8の実施の形態としての電源回路に対応する等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit corresponding to the power supply circuit as 8th Embodiment. 第9の実施の形態としての構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure as 9th Embodiment. 先行技術としての電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit as a prior art. 図20に示す電源回路における要部の動作を示す波形図である。FIG. 21 is a waveform diagram showing an operation of a main part in the power supply circuit shown in FIG. 20. 図20に示す電源回路についての、負荷変動に対するスイッチング周波数、AC→DC電力変換効率の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the switching frequency with respect to load fluctuation | variation, and AC-> DC power conversion efficiency about the power supply circuit shown in FIG. 図20に示す電源回路についての定電圧制御特性を示す図である。It is a figure which shows the constant voltage control characteristic about the power supply circuit shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、Di ブリッジ整流回路、Ci,Ci1,Ci2 平滑コンデンサ、Q1,Q2,Q3,Q4 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、C2、C2A、C2B 二次側直列共振コンデンサ、Cp 一次側部分共振コンデンサ、Cp2,Cp2A,Cp2B 二次側部分共振コンデンサ、N1 一次巻線、N2 二次巻線、二次巻線部 N2A,N2B、Do1〜Do4 (二次側)整流ダイオード、Co (二次側)平滑コンデンサ、L11,L12,L12A,L12B 高周波インダクタ、FSC1,FSC2 フェライトシートコア   1 control circuit, 2 oscillation / drive circuit, Di bridge rectifier circuit, Ci, Ci1, Ci2 smoothing capacitor, Q1, Q2, Q3, Q4 switching element, PIT isolation converter transformer, C1 primary side series resonance capacitor, C2, C2A, C2B Secondary side series resonance capacitor, Cp primary side partial resonance capacitor, Cp2, Cp2A, Cp2B Secondary side partial resonance capacitor, N1 primary winding, N2 secondary winding, secondary winding part N2A, N2B, Do1 to Do4 ( Secondary side) Rectifier diode, Co (Secondary side) Smoothing capacitor, L11, L12, L12A, L12B High frequency inductor, FSC1, FSC2 Ferrite sheet core

Claims (5)

直流入力電圧を入力してスイッチングを行うスイッチング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、この一次巻線により交番電圧が誘起される二次巻線とが巻装されて形成され、一次側と二次側とで所定の結合係数が得られるようにして、コアの所定位置に形成されるギャップ長が設定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、
少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記二次巻線に直列接続される二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、上記一次側直列共振回路に設定される第1の共振周波数よりも低い所定の第2の共振周波数が設定される二次側直列共振回路と、
上記二次側直列共振回路に得られる共振出力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、上記二次側直流出力電圧について定電圧制御を行う定電圧制御手段と、
上記一次側直列共振回路と上記二次側直列共振回路とを有して形成される電磁結合形共振回路について、上記スイッチング周波数を有する周波数信号の入力に対する出力特性が単峰特性となるようにして、疎結合とみなされる所定の一次側と二次側との総合結合係数が設定されるようにして、上記一次巻線及び上記二次巻線の少なくとも一方に対して直列に接続されるようにして挿入されるインダクタとを備える、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
Switching means formed with a switching element for switching by inputting 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 induced by the primary winding are wound to form a primary side and a secondary side. An insulating converter transformer in which a gap length formed at a predetermined position of the core is set so that a predetermined coupling coefficient is obtained on the next side;
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;
At least the leakage inductance component of the secondary winding of the insulating converter transformer and the capacitance of the secondary side series resonance capacitor connected in series to the secondary winding are set in the primary side series resonance circuit. A secondary side series resonance circuit in which a predetermined second resonance frequency lower than the first resonance frequency is set;
A secondary side DC output voltage generating means for inputting a resonance output obtained by the secondary side series resonance circuit and performing a rectifying operation to generate a secondary side DC output voltage;
Constant voltage control means for performing constant voltage control on the secondary side DC output voltage 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. When,
An electromagnetic coupling type resonance circuit formed by including the primary side series resonance circuit and the secondary side series resonance circuit so that an output characteristic with respect to an input of a frequency signal having the switching frequency is a single peak characteristic. A total coupling coefficient between a predetermined primary side and a secondary side regarded as loose coupling is set so that at least one of the primary winding and the secondary winding is connected in series. And an inductor to be inserted
A switching power supply circuit.
上記一次巻線に対して上記インダクタとしてのインダクタンス素子を直列に接続してい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。   The switching power supply circuit according to claim 1, wherein an inductance element as the inductor is connected in series to the primary winding. 上記二次巻線に対して上記インダクタとしてのインダクタンス素子を直列に接続してい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。   The switching power supply circuit according to claim 1, wherein an inductance element as the inductor is connected in series to the secondary winding. 上記インダクタを等価的に形成するための磁路発生部位を、上記絶縁コンバータトランスの所定位置に対して設けた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。   2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein a magnetic path generating portion for equivalently forming the inductor is provided at a predetermined position of the insulating converter transformer. 上記磁路発生部位は、絶縁コンバータトランスを成すEE形コアの外磁脚の所定位置において、内磁脚側に突出するようにして形成される突出部位であることを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電源回路。   5. The magnetic path generating portion is a protruding portion formed so as to protrude toward the inner magnetic leg side at a predetermined position of the outer magnetic leg of the EE core constituting the insulating converter transformer. The switching power supply circuit described.
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