JP2006262680A - Switching power circuit - Google Patents

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JP2006262680A JP2005080469A JP2005080469A JP2006262680A JP 2006262680 A JP2006262680 A JP 2006262680A JP 2005080469 A JP2005080469 A JP 2005080469A JP 2005080469 A JP2005080469 A JP 2005080469A JP 2006262680 A JP2006262680 A JP 2006262680A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain high efficiency, by realizing the tackling to the wide range of a voltage resonance type converter. <P>SOLUTION: A secondary parallel resonance circuit and a secondary series resonance circuit are combined with a voltage resonance type converter and are put in loose coupling of approximately 0.6 or smaller in integrated coupling coefficient kt of an insulated converter transformer PIT. As a result, its constant voltage control property is made sharp unimodal characteristics, thereby reducing the control range of switching frequency required for stabilization. Since the secondary series resonance circuit is combined, a satisfactory characteristics can be obtained for the power conversion efficiency. Moreover, further efficiency improvement is achieved by the setting of primary parallel resonance frequency fo1, the secondary frequency fo2, and the secondary series resonance frequency fo3. The peak level of the switching voltage is suppressed due to the drop in the integrated coupling coefficient kt. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電圧共振形コンバータを備えて成るスイッチング電源回路に関するものである。   The present invention relates to a switching power supply circuit including a voltage resonance type converter.

共振形によるいわゆるソフトスイッチング電源としては、電流共振形と電圧共振形の形式が広く知られている。現状においては、実用化が容易なことを背景に、2石のスイッチング素子をハーフブリッジ結合方式の電流共振形コンバータが広く採用されている状況にある。
しかし、現在、例えば高耐圧スイッチング素子の特性が改善されてきていることなどを背景に、電圧共振形コンバータを実用化するにあたっての耐圧の問題はクリアされてきている状況にある。また、1石のスイッチング素子によるシングルエンド方式で構成した電圧共振形コンバータについては、1石の電流共振形フォワードコンバータと比較して、入力帰還ノイズや直流出力電圧ラインのノイズ成分などの点で有利であることも知られている。
As a so-called soft switching power supply of a resonance type, a current resonance type and a voltage resonance type are widely known. In the present situation, a current resonance type converter using a two-bridge switching element and a half-bridge coupling system is widely used on the background of practical application.
However, with the background of, for example, the improvement of the characteristics of high voltage switching elements, for example, the problem of withstand voltage in the practical use of voltage resonant converters has been cleared. In addition, a single-ended voltage resonant converter with a single switching element is advantageous in terms of input feedback noise and DC output voltage line noise components compared to a single-current resonant forward converter. It is also known that.

図12は、シングルエンド方式による電圧共振形コンバータを備えるスイッチング電源回路の一構成例を示している。
この図に示すスイッチング電源回路においては、商用交流電源ACをブリッジ整流回路Di及び平滑コンデンサCiから成る整流平滑回路により整流平滑化して、平滑コンデンサCiの両端電圧として、整流平滑電圧Eiを生成している。
なお、商用交流電源ACのラインに対しては、1組のコモンモードチョークコイルCMCと、2本のアクロスコンデンサCLから成り、コモンモードのノイズを除去するノイズフィルタが設けられている。
FIG. 12 shows a configuration example of a switching power supply circuit including a voltage resonance type converter by a single end system.
In the switching power supply circuit shown in this figure, the commercial AC power supply AC is rectified and smoothed by a rectifying and smoothing circuit including a bridge rectifying circuit Di and a smoothing capacitor Ci, and a rectified and smoothed voltage Ei is generated as a voltage across the smoothing capacitor Ci. Yes.
Note that the line of the commercial AC power supply AC is provided with a noise filter that includes a pair of common mode choke coils CMC and two across capacitors CL and removes common mode noise.

上記整流平滑電圧Eiは、直流入力電圧として電圧共振形コンバータに対して入力される。この電圧共振形コンバータは、上記しているように、1石のスイッチング素子Q1を備えたシングルエンド方式による構成を採る。また、この場合の電圧共振形コンバータとしては他励式となっており、MOS−FETのスイッチング素子Q1を、発振・ドライブ回路2によりスイッチング駆動するようにされている。   The rectified and smoothed voltage Ei is input to the voltage resonant converter as a DC input voltage. As described above, this voltage resonance type converter adopts a single-end configuration including one switching element Q1. In this case, the voltage resonance type converter is a separately excited type, and the switching element Q1 of the MOS-FET is switched by the oscillation / drive circuit 2.

スイッチング素子Q1に対しては、MOS−FETのボディダイオードDDが並列に接続される。また、スイッチング素子Q1のソース−ドレイン間に対して一次側並列共振コンデンサCrが並列に接続される。   A MOS-FET body diode DD is connected in parallel to the switching element Q1. A primary side parallel resonant capacitor Cr is connected in parallel with the source and drain of the switching element Q1.

一次側並列共振コンデンサCrは、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1とによって一次側並列共振回路(電圧共振回路)を形成している。そして、この一次側並列共振回路によって、スイッチング素子Q1のスイッチング動作として電圧共振形の動作が得られるようにされている。   The primary side parallel resonant capacitor Cr forms a primary side parallel resonant circuit (voltage resonant circuit) with the leakage inductance L1 of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT. The primary side parallel resonance circuit can obtain a voltage resonance type operation as the switching operation of the switching element Q1.

発振・ドライブ回路2は、スイッチング素子Q1をスイッチング駆動するために、スイッチング素子Q1のゲートに対して、ドライブ信号としてのゲート電圧を印加する。これにより、スイッチング素子Q1は、ドライブ信号の周期に応じたスイッチング周波数によりスイッチング動作を行う。   The oscillation / drive circuit 2 applies a gate voltage as a drive signal to the gate of the switching element Q1 in order to drive the switching element Q1. Thereby, the switching element Q1 performs a switching operation at a switching frequency corresponding to the cycle of the drive signal.

絶縁コンバータトランスPITは、スイッチング素子Q1 のスイッチング出力を二次側に伝送する。
絶縁コンバータトランスPITの構造としては、例えば、次の図13に示されるように、フェライト材によるE型コアCR11、E型コアCR12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B10が備えられる。このボビンB10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及び二次側巻線が巻装されたボビンB10を上記EE型コア(CR11,CR12)に取り付けることで、一次側巻線及び二次側巻線とがそれぞれ異なる巻装領域により、EE型コアの中央磁脚に巻装される状態となる。このようにして絶縁コンバータトランスPIT全体としての構造が得られる。
The insulating converter transformer PIT transmits the switching output of the switching element Q1 to the secondary side.
As the structure of the insulating converter transformer PIT, for example, as shown in FIG. And the bobbin B10 formed with resin etc. by the shape divided | segmented so that it might mutually become independent about the winding part of a primary side and a secondary side is provided. The primary winding N1 is wound around one winding portion of the bobbin B10. Further, the secondary winding N2 is wound around the other winding portion. By attaching the bobbin B10 on which the primary side winding and the secondary side winding are wound in this way to the EE type core (CR11, CR12), the primary side winding and the secondary side winding are different from each other. By the winding region, the EE type core is wound around the central magnetic leg. In this way, the structure of the insulating converter transformer PIT as a whole is obtained.

そのうえで、絶縁コンバータトランスPITのEE型コアの中央磁脚に対しては1.0mm程度のギャップを形成するようにしており、これによって、一次側と二次側との間で、k=0.80〜0.85程度の結合係数kを得るようにしている。この程度の結合係数kは疎結合としてみてよい結合度であり、その分、飽和状態が得られにくくなる。   In addition, a gap of about 1.0 mm is formed with respect to the central magnetic leg of the EE type core of the insulating converter transformer PIT, whereby k = 0.80 between the primary side and the secondary side. A coupling coefficient k of about ˜0.85 is obtained. This degree of coupling coefficient k is a degree of coupling that can be regarded as loose coupling, and accordingly, a saturated state is hardly obtained.

図12において、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の一端は、スイッチング素子Q1と平滑コンデンサCiの正極端子間に挿入されるようになっていることで、スイッチング素子Q1のスイッチング出力が伝達されるようになっている。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により誘起された交番電圧が発生する。   In FIG. 12, one end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is inserted between the positive terminal of the switching element Q1 and the smoothing capacitor Ci, so that the switching output of the switching element Q1 is transmitted. It is like that. An alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT.

この場合には、二次巻線N2に対して二次側並列共振コンデンサC2を並列に接続している。これにより、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2と二次側並列共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって二次側並列共振回路(電圧共振回路)が形成される。
そのうえで、この二次側並列共振回路に対して、図示するようにして整流ダイオードDo1、及び平滑コンデンサCoを接続することで、半波整流回路を形成している。この半波整流回路は、二次巻線N2(二次側並列共振回路)に得られる交番電圧V2の等倍に対応するレベルの二次側直流出力電圧Eoを、平滑コンデンサCoの両端電圧として生成する。二次側直流出力電圧Eoは負荷に供給されると共に、定電圧制御用の検出電圧として、制御回路1に入力される。
In this case, a secondary side parallel resonant capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2. As a result, a secondary side parallel resonance circuit (voltage resonance circuit) is formed by the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 and the capacitance of the secondary side parallel resonance capacitor C2.
In addition, a half-wave rectifier circuit is formed by connecting a rectifier diode Do1 and a smoothing capacitor Co to the secondary side parallel resonant circuit as shown in the figure. This half-wave rectifier circuit uses, as a voltage across the smoothing capacitor Co, the secondary side DC output voltage Eo at a level corresponding to the same voltage as the alternating voltage V2 obtained in the secondary winding N2 (secondary side parallel resonant circuit). Generate. The secondary side DC output voltage Eo is supplied to the load and is input to the control circuit 1 as a detection voltage for constant voltage control.

制御回路1は、検出電圧として入力される二次側直流出力電圧Eoのレベルを検出して得られる検出出力を発振・ドライブ制御回路2に入力する。
発振・ドライブ回路2は、入力される検出出力が示す二次側直流出力電圧Eoのレベルに応じて、二次側直流出力電圧Eoが所定のレベルで一定となるようにして、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を制御する。つまり、制御すべきスイッチング動作を得るためのドライブ信号を生成して出力する。これにより、二次側直流出力電圧Eoの安定化制御が行われる。
The control circuit 1 inputs a detection output obtained by detecting the level of the secondary side DC output voltage Eo input as a detection voltage to the oscillation / drive control circuit 2.
The oscillation / drive circuit 2 adjusts the switching element Q1 so that the secondary side DC output voltage Eo becomes constant at a predetermined level in accordance with the level of the secondary side DC output voltage Eo indicated by the input detection output. Controls the switching operation. That is, a drive signal for obtaining a switching operation to be controlled is generated and output. Thereby, stabilization control of the secondary side DC output voltage Eo is performed.

図14及び図15は、上記図12に示した構成の電源回路についての実験結果を示している。なお、実験にあたっては、AC100V系に対応するVAC=100Vの条件として、図12の電源回路の要部について下記のようにして設定している。
絶縁コンバータトランスPITは、コアにEER-35を選定し、中央磁脚のギャップについては、1mmのギャップ長を設定する。また、一次巻線N1及び二次巻線N2のターン数T(巻数)については、それぞれN1=43T、N2=43Tとした。絶縁コンバータトランスPITの結合係数kについてはk=0.81を設定した。
また、一次側並列共振コンデンサCr=6800pF、二次側並列共振コンデンサC2=0.01μFを選定した。これに応じて、一次側並列共振回路の共振周波数fo1=175kHz、二次側並列共振回路の共振周波数fo2=164kHzが設定される。
また、二次側直流出力電圧Eoの定格レベルは135Vであり、対応負荷電力は、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wである。
14 and 15 show experimental results for the power supply circuit having the configuration shown in FIG. In the experiment, as a condition of VAC = 100 V corresponding to the AC 100 V system, the main part of the power supply circuit in FIG. 12 is set as follows.
For the isolated converter transformer PIT, EER-35 is selected for the core, and the gap length of the central magnetic leg is set to 1 mm. The number of turns T (number of turns) of the primary winding N1 and the secondary winding N2 was set to N1 = 43T and N2 = 43T, respectively. For the coupling coefficient k of the insulating converter transformer PIT, k = 0.81 was set.
Further, a primary side parallel resonant capacitor Cr = 6800 pF and a secondary side parallel resonant capacitor C2 = 0.01 μF were selected. Accordingly, the resonance frequency fo1 = 175 kHz of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency fo2 = 164 kHz of the secondary side parallel resonance circuit are set.
The rated level of the secondary side DC output voltage Eo is 135V, and the corresponding load power is the maximum load power Pomax = 200 W to the minimum load power Pomin = 0 W.

先ず、図14は、図12に示した電源回路における要部の動作をスイッチング素子Q1のスイッチング周期により示す波形図であり、図14(a)には、最大負荷電力Pomax=200W時におけるスイッチング電圧V1、スイッチング電流IQ1、一次巻線電流I1、二次巻線電圧V2、二次巻線電流I2、二次側整流電流ID1が示されている。図14(b)には、最小負荷電力Pomin=0W時におけるスイッチング電圧V1、スイッチング電流IQ1、一次巻線電流I1、二次巻線電圧V2、二次巻線電流I2、二次側整流電流ID1が示されている。
スイッチング電圧V1は、スイッチング素子Q1の両端に得られる電圧であり、スイッチング素子Q1がオンとなる期間TONにおいて0レベルで、オフとなる期間TOFFにおいて正弦波状の共振パルスとなる波形である。この電圧V1の共振パルス波形が、一次側スイッチングコンバータの動作が電圧共振形であることを示している。
First, FIG. 14 is a waveform diagram showing the operation of the main part of the power supply circuit shown in FIG. 12 by the switching cycle of the switching element Q1, and FIG. 14 (a) shows the switching voltage at the maximum load power Pomax = 200W. V1, switching current IQ1, primary winding current I1, secondary winding voltage V2, secondary winding current I2, and secondary side rectified current ID1 are shown. FIG. 14B shows the switching voltage V1, switching current IQ1, primary winding current I1, secondary winding voltage V2, secondary winding current I2, and secondary side rectified current ID1 when the minimum load power Pomin = 0 W. It is shown.
The switching voltage V1 is a voltage obtained at both ends of the switching element Q1, and has a waveform that is a zero level in the period TON in which the switching element Q1 is turned on and becomes a sinusoidal resonance pulse in the period TOFF in which the switching element Q1 is turned off. The resonance pulse waveform of the voltage V1 indicates that the operation of the primary side switching converter is a voltage resonance type.

スイッチング電流IQ1は、スイッチング素子Q1(及びボディダイオードDD)に流れる電流であり、期間TOFFにおいては0レベルで、期間TONにおいては、ターンオン時においてボディダイオードDDに対して順方向に流れることで負極性となり、この後に反転してスイッチング素子Q1のドレイン−ソース間を流れてターンオフに至るまで増加していく波形として得られる。このために、スイッチング電流IQ1としては、ターンオフタイミングにピークレベルが得られることになる。
一次巻線N1に流れる一次巻線電流I1は、期間TONにおいて上記スイッチング電流IQ1として流れる電流成分と、期間TOFFにおいて一次側並列共振コンデンサCrに流れる電流とを合成して得られるもので、図示する波形となる。
The switching current IQ1 is a current that flows through the switching element Q1 (and the body diode DD). The switching current IQ1 is zero level during the period TOFF, and has a negative polarity by flowing in the forward direction with respect to the body diode DD during the turn-on. Then, it is inverted and then obtained as a waveform that flows between the drain and source of the switching element Q1 and increases until it is turned off. For this reason, a peak level is obtained at the turn-off timing as the switching current IQ1.
The primary winding current I1 flowing in the primary winding N1 is obtained by combining the current component flowing as the switching current IQ1 in the period TON and the current flowing in the primary side parallel resonant capacitor Cr in the period TOFF. It becomes a waveform.

また、二次側整流回路の動作として、整流ダイオードDo1に流れる整流電流ID1は、最大負荷電力Pomax=200W時では、整流ダイオードDo1のターンオン時にピークレベルが得られた後に図示する波形により0レベルに低減していき、整流ダイオードDo1のオフ期間において0レベルとなる波形により流れるものとなる。なお、最小負荷電力Pomin=0W時においては、オン期間であっても0レベルとなる。
二次巻線電圧V2は、この場合には、二次巻線N2//二次側並列共振コンデンサC2の並列回路に得られる電圧となるもので、二次側整流ダイオードDo1が導通しているオン期間に対応しては、二次側直流出力電圧Eoのレベルによりクランプされ、二次側整流ダイオードDo1のオフ期間では、負極性方向の正弦波形が得られる。また、二次巻線N2に流れる二次巻線電流I2は、整流電流ID1と、二次側並列共振回路(N2(L2)//C2)に流れる電流が合成したものとなり、例えば図示する波形により流れる。
Further, as the operation of the secondary side rectifier circuit, the rectified current ID1 flowing through the rectifier diode Do1 is set to 0 level by the waveform shown after the peak level is obtained when the rectifier diode Do1 is turned on at the maximum load power Pomax = 200 W. The voltage decreases and flows with a waveform that becomes 0 level during the off period of the rectifier diode Do1. Note that, when the minimum load power Pomin = 0 W, the level is 0 even during the on period.
In this case, the secondary winding voltage V2 is a voltage obtained in the parallel circuit of the secondary winding N2 // secondary parallel resonant capacitor C2, and the secondary rectifier diode Do1 is conductive. Corresponding to the ON period, it is clamped by the level of the secondary side DC output voltage Eo, and a sine waveform in the negative polarity direction is obtained in the OFF period of the secondary side rectifier diode Do1. Further, the secondary winding current I2 flowing through the secondary winding N2 is a combination of the rectified current ID1 and the current flowing through the secondary parallel resonant circuit (N2 (L2) // C2). It flows by.

図15は、図12に示した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fs、スイッチング素子Q1のオン期間TON、オフ期間TOFF、及びAC→DC電力変換効率(ηAC→DC)を示している。
先ず、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)を見てみると、負荷電力Po=75W〜200Wまでの範囲で90%以上となっている。電圧共振形コンバータとして、特にスイッチング素子Q1が1石であるシングルエンド方式は、電力変換効率について良好な結果が得られることが知られている。
FIG. 15 shows the switching frequency fs with respect to the load fluctuation, the ON period TON, the OFF period TOFF, and the AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) with respect to the load variation for the power supply circuit shown in FIG.
First, looking at AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC), it is 90% or more in the range of load power Po = 75 W to 200 W. As a voltage resonance type converter, it is known that a single-ended type in which the switching element Q1 is one stone can obtain a good result in terms of power conversion efficiency.

また、図15に示されるスイッチング周波数fs、オン期間TON、オフ期間TOFFによっては、図12の電源回路についての負荷変動に対する定電圧制御特性としてのスイッチング動作が示されることになる。この場合、スイッチング周波数fsは、軽負荷の傾向となるのに従って、スイッチング周波数が高くなるようにして制御されている。また、オン期間TON、オフ期間TOFFに関しては、負荷変動に対してオフ期間TOFFはほぼ一定であるのに対して、オン期間TONが、軽負荷の傾向となるのに従って短縮される特性となっている。つまり、図12に示す電源回路は、オフ期間TOFFは一定としたうえで、例えば軽負荷の傾向となるのに応じて、オン期間TONを短縮するようにしてスイッチング周波数を可変制御していることになる。
このようにして、スイッチング周波数が可変制御されることで、一次側並列共振回路及び二次側並列共振回路を備えることにより得られる誘導性インピーダンスが可変されることになる。この誘導性インピーダンスの可変によっては、一次側から二次側への伝送電力量、及び二次側並列共振回路から負荷への電力伝送量が変化することとなって、二次側直流出力電圧Eoのレベルが可変される。これにより、二次側直流出力電圧Eoの安定化が図られることになる。
Further, depending on the switching frequency fs, the ON period TON, and the OFF period TOFF shown in FIG. 15, the switching operation as the constant voltage control characteristic with respect to the load fluctuation in the power supply circuit of FIG. 12 is shown. In this case, the switching frequency fs is controlled such that the switching frequency becomes higher as the load tends to be lighter. Further, with respect to the ON period TON and the OFF period TOFF, the OFF period TOFF is almost constant with respect to the load variation, whereas the ON period TON is shortened as the light load tends to be reduced. Yes. In other words, the power supply circuit shown in FIG. 12 variably controls the switching frequency so as to shorten the on-period TON in response to, for example, a light load tendency while keeping the off-period TOFF constant. become.
Thus, the inductive impedance obtained by providing the primary side parallel resonant circuit and the secondary side parallel resonant circuit is varied by variably controlling the switching frequency. Depending on the variable inductive impedance, the amount of power transmitted from the primary side to the secondary side and the amount of power transmitted from the secondary side parallel resonant circuit to the load change, and the secondary side DC output voltage Eo The level of is variable. As a result, the secondary side DC output voltage Eo is stabilized.

図16は、図12に示す電源回路の定電圧制御特性を、スイッチング周波数fs(kHz)と二次側直流出力電圧Eoとの関係により、模式的に示している。
ここで、一次側並列共振回路の共振周波数をfo1、二次側並列共振回路の共振周波数のfo2とすると、図12の回路では、先に説明したように一次側並列共振周波数fo1に対して二次側並列共振周波数fo2が低い関係となる。
そのうえで、或る一定の交流入力電圧VACの条件でのスイッチング周波数fsに対する定電圧制御特性を想定すると、図示するようにして、一次側並列共振回路の共振周波数fo1に応じた共振インピーダンスの下での最大負荷電力Pomax時/最小負荷電力Pomin時の各定電圧制御特性としては、それぞれ特性曲線A,Bとして示され、二次側並列共振回路の共振周波数fo2に応じた共振インピーダンスの下での最大負荷電力Pomax時/最小負荷電力Pomin時の各定電圧制御特性としては、それぞれ特性曲線C,Dで示されるものとなる。
さらに、図12の回路のようにして一次側並列共振周波数と二次側並列共振回路とを備える場合、共振周波数fo1,fo2との間には中間共振周波数foが存在することになる。中間共振周波数foとスイッチング周波数fsとの関係による共振インピーダンス特性は、最大負荷電力Pomax時は特性曲線Eで示され、最小負荷電力Pomin時は、特性曲線Fとして示される。
二次側並列共振回路を備える電圧共振形コンバータでは、この中間共振周波数foのスイッチング周波数fsに対する共振インピーダンス特性によって、二次側直流出力電圧Eoのレベルが決定される。また、図12に示す電圧共振形コンバータとしては、この中心共振周波数foよりも低い周波数領域でスイッチング周波数fsを可変制御する、いわゆるローアーサイド制御の方式を採る。
そして、この図16において中間共振周波数foに対応する特性曲線E,Fとして示される特性の下で、ローアーサイド制御に対応したスイッチング周波数制御により、二次側直流出力電圧Eoの定格レベル(図12の回路の場合135V)を目標値として定電圧化を図ろうとすると、そのために必要なスイッチング周波数fsの可変範囲(必要制御範囲)は、Δfsで示される区間であることになる。換言すれば、このΔfsで示される区間に対応する周波数範囲で、負荷変動に応じてスイッチング周波数を所要値となるようにして可変することで、二次側直流出力電圧Eoは定格レベルtgとなるようにして制御される。
FIG. 16 schematically shows the constant voltage control characteristics of the power supply circuit shown in FIG. 12 by the relationship between the switching frequency fs (kHz) and the secondary side DC output voltage Eo.
Here, assuming that the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit is fo1 and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit is fo2, the circuit shown in FIG. The secondary parallel resonance frequency fo2 is low.
In addition, assuming constant voltage control characteristics with respect to the switching frequency fs under the condition of a certain AC input voltage VAC, as shown in the figure, the resonance impedance under the resonance impedance corresponding to the resonance frequency fo1 of the primary side parallel resonance circuit is shown. The constant voltage control characteristics at the time of maximum load power Pomax / minimum load power Pomin are shown as characteristic curves A and B, respectively, and are maximum under the resonance impedance corresponding to the resonance frequency fo2 of the secondary side parallel resonance circuit. The constant voltage control characteristics at the time of load power Pomax / minimum load power Pomin are shown by characteristic curves C and D, respectively.
Furthermore, when the primary side parallel resonance frequency and the secondary side parallel resonance circuit are provided as in the circuit of FIG. 12, an intermediate resonance frequency fo exists between the resonance frequencies fo1 and fo2. The resonance impedance characteristic based on the relationship between the intermediate resonance frequency fo and the switching frequency fs is indicated by the characteristic curve E at the maximum load power Pomax, and is indicated by the characteristic curve F at the minimum load power Pomin.
In the voltage resonance type converter including the secondary side parallel resonance circuit, the level of the secondary side DC output voltage Eo is determined by the resonance impedance characteristic with respect to the switching frequency fs of the intermediate resonance frequency fo. Further, the voltage resonance type converter shown in FIG. 12 adopts a so-called lower side control method in which the switching frequency fs is variably controlled in a frequency region lower than the center resonance frequency fo.
Then, under the characteristics shown as characteristic curves E and F corresponding to the intermediate resonance frequency fo in FIG. 16, the rated level of the secondary side DC output voltage Eo (FIG. 12) is controlled by the switching frequency control corresponding to the lower side control. In the case of this circuit, when trying to achieve a constant voltage with 135V) as a target value, the variable range (necessary control range) of the switching frequency fs necessary for this is the section indicated by Δfs. In other words, the secondary side DC output voltage Eo becomes the rated level tg by changing the switching frequency so as to be a required value according to the load fluctuation in the frequency range corresponding to the section indicated by Δfs. It is controlled in this way.

特開2000−152617号公報JP 2000-152617 A

ところで、各種電子機器の多様化を背景に、電源回路としては、AC100V系とAC200V系と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することも求められている。   By the way, against the background of diversification of various electronic devices, the power supply circuit is also required to be compatible with a so-called wide range that operates in accordance with any commercial AC power input of AC100V system and AC200V system. .

図12に示す構成の電源回路は、先に説明したように、スイッチング周波数制御により二次側直流出力電圧Eoの安定化を図るように動作し、そのために必要とされるスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)は、図16にて説明したΔfsによって示される。
図12に示す電源回路は、200W〜0Wまでの比較的広範囲な負荷変動に対応するものとされている。そして、図12の電源回路について、この負荷条件に対応した実際の必要制御範囲は、fs=117.6kHz〜208.3kHzで、Δfs=96.7kHzとなり、比較的に広範囲なものとなっている。
As described above, the power supply circuit having the configuration shown in FIG. 12 operates so as to stabilize the secondary side DC output voltage Eo by switching frequency control, and the switching frequency variable range (for this purpose) The necessary control range is indicated by Δfs described in FIG.
The power supply circuit shown in FIG. 12 is adapted to handle a relatively wide range of load fluctuations from 200 W to 0 W. In the power supply circuit of FIG. 12, the actual necessary control range corresponding to this load condition is fs = 117.6 kHz to 208.3 kHz and Δfs = 96.7 kHz, which is a relatively wide range.

ここで、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、当然のことながら交流入力電圧VACのレベルが変化することによっても変動する。すなわち、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、交流入力電圧VACのレベル増減に応じて、同様に増減する。
このことから、AC100系からAC200V系までのワイドレンジでの交流入力電圧の変動に対応しては、例えばAC100系のみ、あるいはAC200V系のみの単レンジでの変動に対応する場合より、二次側直流出力電圧Eo1のレベル変動も大きくなるということがいえる。そして、このようにして拡大した二次側直流出力電圧Eo1のレベル変動に対応して定電圧制御動作を行うためには、上記した117.6kHz〜208.3kHzの範囲を、これより高い周波数の方向に拡大した、より広範囲な必要制御範囲が必要となる。
Here, as a matter of course, the level of the secondary side DC output voltage Eo also varies as the level of the AC input voltage VAC changes. That is, the level of the secondary side DC output voltage Eo similarly increases and decreases according to the level increase and decrease of the AC input voltage VAC.
Therefore, in response to fluctuations in the AC input voltage in the wide range from the AC100 system to the AC200V system, for example, in the case of dealing with fluctuations in a single range of only the AC100 system or AC200V system, the secondary side It can be said that the level fluctuation of the DC output voltage Eo1 also increases. In order to perform the constant voltage control operation corresponding to the level fluctuation of the secondary side DC output voltage Eo1 expanded in this way, the above-mentioned range of 117.6 kHz to 208.3 kHz is set in the direction of higher frequency. An expanded, wider range of required control is required.

しかしながら、現状における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、仮に上記のような高い周波数での駆動が可能となるICが開発された場合にも、スイッチング素子が高周波駆動されることによっては電力変換効率が著しく低下し、電源回路として実用することは実質的に不可能となる。
このことから、例えば図12に示す電源回路の構成によりワイドレンジ対応とすることは実現が非常に困難であることがわかる。
However, as an IC (oscillation / drive circuit 2) for driving a switching element at present, the upper limit of the drive frequency that can be handled is about 200 kHz. In addition, even if an IC capable of driving at a high frequency as described above is developed, the power conversion efficiency is remarkably lowered when the switching element is driven at a high frequency, so that it can be used as a power supply circuit. Practically impossible.
From this, it can be seen that, for example, it is very difficult to realize the wide range by the configuration of the power supply circuit shown in FIG.

このような事情から、共振形コンバータを備えたスイッチング電源回路としては、ワイドレンジ対応の動作を実現するとした場合には、例えばAC100V系/200V系の商用交流電源入力に応じて、一次側スイッチングコンバータの構成をハーフブリッジ/フルブリッジで切り換える構成を採ることが行われている。あるいは、商用交流電源ACについての整流動作を行う整流回路の動作を、AC100V系/200V系の商用交流電源入力に応じて、全波整流/倍電圧整流で切り換える構成とすることも行われている。   For this reason, as a switching power supply circuit equipped with a resonant converter, when an operation corresponding to a wide range is to be realized, for example, according to an AC100V system / 200V system commercial AC power supply input, a primary side switching converter The configuration is switched between half bridge and full bridge. Alternatively, the operation of the rectifier circuit that performs the rectification operation for the commercial AC power supply AC is switched by full-wave rectification / double voltage rectification according to the AC 100V / 200V commercial AC power input. .

しかしながら、AC100V系とAC200V系とで回路構成の切り換えを行う場合には、以下のような問題点が生じる。
例えば、このような商用交流電源レベルに応じた切り換えには、入力電圧についての閾値(例えば150V)を設定し、これを上回った場合はAC200V系、下回った場合はAC100V系に対応した回路切換を行うようにされるが、単純にこのような切り換えのみを行っていたのでは、例えばAC200V系の入力時の瞬間停電等による一時的な交流入力電圧の低下に対しても、AC100系に対応した切り換えが行われてしまうおそれがある。つまり、例えば整流動作の切り換え構成を例に挙げれば、AC200V系の入力であるにも関わらず、AC100V系であるとして倍電圧整流回路に切り換えられてしまい、これによってスイッチング素子などが耐圧オーバーとなって破壊される可能性がある。
However, when the circuit configuration is switched between the AC100V system and the AC200V system, the following problems occur.
For example, for switching according to such a commercial AC power supply level, a threshold value (for example, 150V) for the input voltage is set, and circuit switching corresponding to the AC 200V system is performed when the threshold is exceeded, and AC 100V system is coupled when the threshold is decreased. However, if only such switching is performed, the AC 100 system is also supported for a temporary decrease in AC input voltage due to, for example, a momentary power failure at the time of AC 200 V input. There is a risk of switching. In other words, for example, in the switching configuration of the rectifying operation, the AC voltage is switched to the voltage doubler rectifier circuit even though the input is AC200V, and the switching element is overvoltage-resistant. May be destroyed.

そこで、実際には、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。
しかしながら、このようにしてスタンバイ電源側のコンバータ回路を検出するということは、基準電圧と入力電圧との比較を行うための例えばコンパレータIC等を実装することになるが、これにより部品点数が増加して、回路製造コストの増加、及び回路基板サイズの大型化が助長されてしまうことになる。
Therefore, in order to prevent the above-described malfunction, in practice, 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. To be.
However, detecting the converter circuit on the standby power supply side in this way means mounting a comparator IC or the like for comparing the reference voltage and the input voltage, but this increases the number of components. Therefore, an increase in circuit manufacturing cost and an increase in circuit board size are promoted.

また、このように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、メイン電源の他にスタンバイ電源を備える電子機器でなければ、実際に使用することができないということになる。つまり、電源を実装可能な電子機器の種類が、スタンバイ電源を備えたものに限定されるわけであり、それだけ利用範囲が狭くなっているという問題も生じる。   In addition, detecting the DC input voltage of the converter on the standby power supply side for the purpose of preventing malfunction in this way means that it can only be actually used if it is an electronic device having a standby power supply in addition to the main power supply. become. 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 there is a problem that the use range is narrowed accordingly.

また、ハーフブリッジ/フルブリッジの切り換えを行う構成では、フルブリッジ構成を可能とするためにスイッチング素子を少なくとも4つ備える必要がある。つまり、切り換えが不要であればハーフブリッジによりスイッチング素子が2つで済むものを、この場合はさらに2つ追加しなくてはならない。
また、整流動作の切換を行う構成としても、倍電圧整流動作を得るために平滑コンデンサCiを2本備えるようにしなければならない。つまり全波整流のみとする構成と比較して、平滑コンデンサCiを1本追加しなければならなくなる。
これらの点でも、上記したような回路切換を伴うワイドレンジ対応の構成では、回路製造コストの増加、及び電源回路基板の大型化を招く。特に、整流動作切り換えの構成において、平滑コンデンサCi等は電源回路を構成する部品のうちでも大型の部類に入ることから、このような基板サイズの大型化はさらに助長される。
Further, in the configuration for switching between the half bridge and the full bridge, it is necessary to include at least four switching elements in order to enable the full bridge configuration. That is, if switching is not necessary, a half bridge that requires only two switching elements must be added in this case.
Further, even when the rectifying operation is switched, two smoothing capacitors Ci must be provided in order to obtain a double voltage rectifying operation. That is, one smoothing capacitor Ci has to be added as compared with a configuration in which only full-wave rectification is performed.
Also in these respects, the wide-range configuration with circuit switching as described above causes an increase in circuit manufacturing cost and an increase in the size of the power circuit board. In particular, in the configuration of switching the rectifying operation, the smoothing capacitor Ci and the like enter a large category among the components constituting the power supply circuit, so that the increase in the substrate size is further promoted.

また、先に説明したようにしてスイッチング周波数の制御範囲が広範となることによるもう1つの問題点としては、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してしまうということが挙げられる。
特に近年の電子機器では、例えば各種駆動部のオン/オフ等に応じて負荷電力が最大負荷と無負荷とで瞬時的に変化する、いわゆるスイッチング負荷といわれる負荷条件となることがある。これに応じて電源回路側としても、このように高速且つ広範に変動する負荷電力に応じて、二次側直流出力電圧Eoの定電圧制御を行う必要がある。
しかしながら、上述のようにスイッチング周波数制御範囲が広範であると、最大値と最小値とで変化する負荷に対応して定電圧制御に必要なスイッチング周波数へと変化させるまでに、その分多くの時間を要してしまうことになる。つまり、定電圧制御の応答性が鈍くなる。
Further, as described above, another problem caused by the wide control range of the switching frequency is that the high-speed response characteristic for stabilization of the secondary side DC output voltage Eo is deteriorated. Is mentioned.
Particularly in recent electronic devices, for example, the load power may be a so-called switching load condition in which the load power changes instantaneously between the maximum load and no load according to on / off of various driving units. In response to this, it is necessary for the power supply circuit side to perform constant voltage control of the secondary side DC output voltage Eo in accordance with the load power which fluctuates at such a high speed and widely.
However, if the switching frequency control range is wide as described above, it takes a lot of time to change to the switching frequency necessary for constant voltage control corresponding to the load changing between the maximum value and the minimum value. Will be required. That is, the responsiveness of constant voltage control becomes dull.

また、図12に示す電源回路は、一次側電圧共振形コンバータを備える構成であり、このような構成の電源回路が電力変換効率について有利となる傾向の特性を有していることは、先に説明したとおりである。しかしながら、例えば近年のエネルギー事情、環境事情などを考慮して、電子機器については、より高い電力変換効率特性とすることが求められている。これに伴い、電子機器に搭載される電源回路そのものについても、さらなる電力変換効率の向上が要求されている状況にある。
特に、図12に示した回路では、先の図15の特性から理解されるように負荷が軽い条件での電力変換効率の向上が図られておらず、この領域での効率向上が全体の効率向上を図る上で重要となる。
Further, the power supply circuit shown in FIG. 12 has a configuration including a primary side voltage resonance converter, and the power supply circuit having such a configuration has a characteristic that tends to be advantageous in terms of power conversion efficiency. As explained. However, in consideration of recent energy circumstances, environmental circumstances, and the like, electronic devices are required to have higher power conversion efficiency characteristics. In connection with this, the power supply circuit itself mounted in the electronic device is in a situation where further improvement in power conversion efficiency is required.
In particular, in the circuit shown in FIG. 12, as understood from the characteristics of FIG. 15, the power conversion efficiency is not improved under a light load condition, and the efficiency improvement in this region is the overall efficiency. It is important for improvement.

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こととした。
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、上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段とを備える。
また、少なくとも、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、該一次巻線に得られたスイッチング出力により交番電圧が誘起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスを備える。
また、少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線を含む漏洩インダクタンス成分と一次側並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て、上記スイッチング手段の動作を電圧共振形とする一次側並列共振回路を備える。
また、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に対して並列となる関係により二次側並列共振コンデンサを接続することで、上記二次巻線を含む漏洩インダクタンス成分と、上記二次側並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る二次側並列共振回路を備える。
また、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に対して直列となる関係により二次側直列共振コンデンサを接続することで、上記二次巻線を含む漏洩インダクタンス成分と、上記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る二次側直列共振回路を備える。
また、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に誘起される交番電圧に基づき整流動作を行って、二次側直流出力電圧を生成するように構成された二次側直流出力電圧生成手段と、上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、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を備える。
その上で、上記絶縁コンバータトランスは、一次側と二次側との結合係数が、少なくとも上記一次側並列共振回路と上記二次側並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として単峰特性が得られ、且つ所定レベル以上の交流入力電圧入力時における上記スイッチング素子のオン期間の割合が所定以下となるようにして、疎結合とみなされる所定の値に設定されている。
そして、少なくとも所定の負荷条件の下で一定以上の電力変換効率が得られるようにして、上記一次側並列共振回路の共振周波数と上記二次側並列共振回路の共振周波数と上記二次側直列共振回路の共振周波数とを設定して構成することとした。
In view of the above-described problems, the present invention is configured as a switching power supply circuit as follows.
That is, a switching means formed by including a switching element that performs switching by inputting a DC input voltage, and a switching drive means 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 switching output obtained in the primary winding are wound. Insulated converter transformer formed.
Further, a primary side parallel resonance circuit is provided which is formed by at least a leakage inductance component including a primary winding of the insulating converter transformer and a capacitance of the primary side parallel resonance capacitor, and the operation of the switching means is a voltage resonance type.
Also, by connecting a secondary side parallel resonant capacitor in a parallel relationship with the secondary winding of the insulating converter transformer, a leakage inductance component including the secondary winding and the secondary side parallel resonant capacitor And a secondary side parallel resonant circuit formed by the capacitance of the second side.
Further, by connecting a secondary side series resonant capacitor in a series relationship with the secondary winding of the insulating converter transformer, a leakage inductance component including the secondary winding and the secondary side series resonant capacitor And a secondary side series resonance circuit formed by the capacitance of the second side.
A secondary-side DC output voltage generator configured to generate a secondary-side DC output voltage by performing a rectifying operation based on an alternating voltage induced in the secondary winding of the insulating converter transformer; Constant voltage control means for controlling the switching drive means according to the level of the secondary side DC output voltage and changing the switching frequency of the switching means to perform constant voltage control on the secondary side DC output voltage; Is provided.
In addition, the insulating converter transformer has an electromagnetic coupling type resonance circuit formed such that the coupling coefficient between the primary side and the secondary side includes at least the primary side parallel resonance circuit and the secondary side parallel resonance circuit. As for the output characteristics for the input of the frequency signal having the switching frequency, a single peak characteristic is obtained, and the ratio of the ON period of the switching element at the time of AC input voltage input of a predetermined level or more is less than a predetermined It is set to a predetermined value that is considered loosely coupled.
Then, the power conversion efficiency of a certain level or more is obtained at least under a predetermined load condition, the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit, the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit, and the secondary side series resonance. The circuit is configured by setting the resonance frequency of the circuit.

上記構成による電源回路は、一次側に一次側並列共振回路と、二次側に二次側並列共振回路と二次側直列共振回路とを備える電圧共振形コンバータとしての構成を採る。このように一次側と二次側とにそれぞれ共振回路が組み合わされた構成が採られることにより、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。その上で、絶縁コンバータトランスについて所定の結合係数による疎結合とすることで、当該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、二次側直流出力電圧の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、二次側直列共振回路を組み合わせているが、一次側並列共振回路に対する二次側直列共振回路の組み合わせは、軽負荷の条件でも高効率が得られる。しかし、この組み合わせは中間負荷時に安定なZVS(ゼロ電圧スイッチング)動作ができず、異常発振動作も生じ実用化レベルではなかった。これに対し本発明では、上記のように絶縁コンバータトランスの結合係数が所定の疎結合とされる値にまで低下されたことで、安定なZVS動作を実現してこれを実用化することができる。
さらに、上記結合係数の値を低下させていくことによっては、負荷変動に対するスイッチング素子のオフ期間とオン期間の特性として、特に所定レベル以上の交流入力電圧入力時におけるオン期間の割合が小さくなることが明らかとなった。つまりは、上記のようにして結合係数が所定の疎結合とされる値に設定されることで、特に所定レベル以上の交流入力電圧入力時におけるオン期間の割合を所定以下とすることができ、これによってスイッチング素子に印加されるスイッチング電圧のピークレベルの抑制が図られる。
また、その上で本発明としては、一次側並列共振回路の共振周波数と二次側並列共振回路の共振周波数と二次側直列共振回路の共振周波数の設定により、所定の負荷条件の下で、一定以上の電力変換効率特性が得られるようにされる。
The power supply circuit having the above configuration employs a configuration as a voltage resonance type converter including a primary side parallel resonance circuit on the primary side and a secondary side parallel resonance circuit and a secondary side series resonance circuit on the secondary side. By adopting a configuration in which the resonance circuits are combined on the primary side and the secondary side in this way, a coupled resonance circuit based on electromagnetic coupling of the insulating converter transformer is formed. In addition, by making the insulating converter transformer loosely coupled with a predetermined coupling coefficient, a steep single peak characteristic is obtained as an output characteristic for a frequency signal (switching output) of a switching frequency that is an input to the coupled resonance circuit. It becomes possible. As a result, the variable range (necessary control range) of the switching frequency required for stabilizing the secondary side DC output voltage can be reduced.
Further, although the secondary side series resonance circuit is combined, the combination of the secondary side series resonance circuit with respect to the primary side parallel resonance circuit can achieve high efficiency even under light load conditions. However, this combination cannot perform a stable ZVS (zero voltage switching) operation at an intermediate load, and an abnormal oscillation operation occurs, which is not a practical level. On the other hand, in the present invention, as described above, the coupling coefficient of the insulating converter transformer is reduced to a value that is a predetermined loose coupling, so that a stable ZVS operation can be realized and put into practical use. .
Further, by reducing the value of the coupling coefficient, the ratio of the ON period, particularly when an AC input voltage exceeding a predetermined level is input, becomes small as a characteristic of the OFF period and the ON period of the switching element with respect to the load fluctuation. Became clear. In other words, by setting the coupling coefficient to a value that is a predetermined loose coupling as described above, the ratio of the ON period when an AC input voltage of a predetermined level or more is input can be set to a predetermined value or less. As a result, the peak level of the switching voltage applied to the switching element can be suppressed.
In addition, as the present invention, by setting the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit, the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit, and the resonance frequency of the secondary side series resonance circuit, under a predetermined load condition, A power conversion efficiency characteristic exceeding a certain level is obtained.

このようにして本発明は、一次側並列共振回路、二次側並列共振回路、二次側直列共振回路を組み合わせた電圧共振形コンバータについて、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。これにより、電圧共振形スイッチングコンバータについて、スイッチング周波数制御のみによりワイドレンジ対応化することが容易に実現可能となる。   In this way, the present invention provides a variable control range (necessary for switching frequency required for constant voltage control) of a voltage resonant converter that combines a primary side parallel resonant circuit, a secondary side parallel resonant circuit, and a secondary side series resonant circuit. The control range is reduced. As a result, the voltage resonance type switching converter can be easily realized in a wide range only by the switching frequency control.

また、二次側直列共振回路を備える電圧共振形コンバータとされているが、これによって二次側並列共振回路のみを組み合わせた場合よりも電力変換効率の向上が図られる。また、このように二次側直列共振回路を設けた場合にも本発明では上記したように安定なZVS動作を得ることができるので、何ら支障なく実用化することができる。   Moreover, although it is set as the voltage resonance type | mold converter provided with a secondary side series resonance circuit, the improvement of power conversion efficiency is achieved compared with the case where only a secondary side parallel resonance circuit is combined by this. Further, even when the secondary side series resonance circuit is provided as described above, the present invention can obtain a stable ZVS operation as described above, and can be put to practical use without any trouble.

さらには、上記のようにして結合係数が所定の疎結合とされる値にまで低下されることで、特に所定レベル以上の交流入力電圧入力時におけるスイッチング素子のオン期間の割合が小さくなり、これによってスイッチング素子に印加されるスイッチング電圧のピークレベルの抑制が図られる。   Furthermore, the ratio of the ON period of the switching element is reduced particularly when an AC input voltage of a predetermined level or higher is input by reducing the coupling coefficient to a value that is a predetermined loose coupling as described above. This suppresses the peak level of the switching voltage applied to the switching element.

さらに本発明によっては、一次側並列共振回路の共振周波数と二次側並列共振回路の共振周波数と二次側直列共振回路の共振周波数の設定により、所定の負荷電力の負荷条件にも対応させるようにして一定以上の電力変換効率が得られるようにしている。電圧共振形コンバータは、高い電力変換効率特性を本来有するが、本発明によっては、電圧共振形コンバータを備える電源回路について、より良好な電力変換効率特性を有するものを提供できることになる。   Further, according to the present invention, by setting the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit, the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit, and the resonance frequency of the secondary side series resonance circuit, it is possible to cope with a load condition of a predetermined load power. Thus, power conversion efficiency exceeding a certain level is obtained. The voltage resonance type converter originally has high power conversion efficiency characteristics. However, according to the present invention, a power supply circuit including a voltage resonance type converter can be provided having better power conversion efficiency characteristics.

そして、上記のようなワイドレンジ化、及び高効率化を実現するための基本構成としては、少なくとも二次側並列共振回路を備える電圧共振形コンバータに対し、絶縁コンバータトランスについて所要の結合係数が得られる構造とし、さらに二次側直列共振回路形成のための二次側直列共振コンデンサを追加すればよいものであり、従って、部品点数の増加などによるコストアップ、回路の大型化、重量増加などを伴うことなくこれを実現できるというメリットもある。   As a basic configuration for realizing the wide range and high efficiency as described above, a required coupling coefficient is obtained for an insulating converter transformer with respect to a voltage resonant converter having at least a secondary side parallel resonant circuit. In addition, a secondary side series resonant capacitor for forming a secondary side series resonant circuit may be added. Therefore, the cost increases due to the increase in the number of parts, the circuit becomes larger, the weight increases, etc. There is also a merit that this can be realized without accompanying.

以下、本発明を実施するための最良の形態(実施の形態)について説明する。
図1の回路図は、本発明における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している。この図に示す電源回路は、シングルエンド方式による電圧共振形スイッチングコンバータとしての基本構成を採る。
この図に示すスイッチング電源回路においては、まず、商用交流電源ACのラインに対して、図示するようにして、1組のコモンモードチョークコイルCMCと、2本のアクロスコンデンサCLが挿入される。これらコモンモードチョークコイルCMC、及びアクロスコンデンサCL,CLにより、商用交流電源ACのラインに重畳するコモンモードのノイズを除去するノイズフィルタが形成される。
Hereinafter, the best mode (embodiment) for carrying out the present invention will be described.
The circuit diagram of FIG. 1 shows a configuration example of a switching power supply circuit as an embodiment of the present invention. The power supply circuit shown in this figure employs a basic configuration as a voltage resonance type switching converter by a single end system.
In the switching power supply circuit shown in this figure, first, a pair of common mode choke coils CMC and two across capacitors CL are inserted into the commercial AC power supply AC line as shown. The common mode choke coil CMC and the across capacitors CL and CL form a noise filter that removes common mode noise superimposed on the line of the commercial AC power supply AC.

商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)は、ブリッジ整流回路Diにより整流され、その整流出力は平滑コンデンサCiに充電される。これにより平滑コンデンサCiの両端電圧として整流平滑電圧Eiが得られる。この整流平滑電圧Eiが、後段のスイッチングコンバータのための直流入力電圧となる。   The commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) is rectified by the bridge rectifier circuit Di, and the rectified output is charged to the smoothing capacitor Ci. As a result, the rectified and smoothed voltage Ei is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Ci. This rectified and smoothed voltage Ei becomes a DC input voltage for the subsequent switching converter.

この図において、上記整流平滑電圧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スイッチングコンバータは、例えば1石のスイッチング素子Q1を備えたシングルエンド方式の電圧共振形コンバータとして形成される。この場合のスイッチング素子Q1には高耐圧のMOS−FETが選定されている。また、この場合の電圧共振形コンバータの駆動方式は、発振・ドライブ回路2によりスイッチング素子をスイッチング駆動する他励式である。   In this figure, the switching converter that performs a switching operation by inputting the rectified and smoothed voltage Ei as a DC input voltage is formed as, for example, a single-ended voltage resonant converter including a single switching element Q1. In this case, a high breakdown voltage MOS-FET is selected as the switching element Q1. In this case, the driving method of the voltage resonance type converter is a separately excited type in which the switching element is switched by the oscillation / drive circuit 2.

スイッチング素子Q1のゲートに対しては、発振・ドライブ回路2から出力されるスイッチング駆動信号(電圧)が印加されるようになっている。
また、スイッチング素子Q1のドレインは、後述する絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の巻始め端部と接続される。一次巻線N1の巻き終わり端部は、平滑コンデンサEiの正極端子と接続される。従って、この場合には、直流入力電圧(Ei)は、一次巻線N1の直列接続を介してスイッチング素子Q1に供給されるようになっている。スイッチング素子Q1のソースは一次側アースに接続される。
A switching drive signal (voltage) output from the oscillation / drive circuit 2 is applied to the gate of the switching element Q1.
The drain of the switching element Q1 is connected to the winding start end of a primary winding N1 of an insulating converter transformer PIT described later. The winding end end of the primary winding N1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ei. Therefore, in this case, the DC input voltage (Ei) is supplied to the switching element Q1 through the serial connection of the primary winding N1. The source of the switching element Q1 is connected to the primary side ground.

この場合のスイッチング素子Q1には、MOS−FETが選定されていることから、図示するようにして、ソース−ドレイン間に対して並列に接続されるようにしてボディダイオードDDを内蔵する。このボディダイオードDDとしては、アノードがスイッチング素子Q1のソースと接続され、カソードがスイッチング素子Q1のドレインと接続される状態を形成する。このボディダイオードDDは、スイッチング素子Q1のオン/オフ動作(スイッチング動作)により生じる、逆方向のスイッチング電流を流す経路を形成する。   Since the MOS-FET is selected for the switching element Q1 in this case, a body diode DD is incorporated so as to be connected in parallel with the source and drain as shown in the figure. As the body diode DD, the anode is connected to the source of the switching element Q1, and the cathode is connected to the drain of the switching element Q1. The body diode DD forms a path for flowing a switching current in the reverse direction, which is generated by the on / off operation (switching operation) of the switching element Q1.

そして、スイッチング素子Q1のドレイン−ソース間に対しては、一次側並列共振コンデンサCrが並列に接続される。
一次側並列共振コンデンサCrは、自身のキャパシタンスと絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1のリーケージ(漏洩)インダクタンスL1とによって、スイッチング素子Q1に流れるスイッチング電流に対する一次側並列共振回路(電圧共振回路)を形成する。この一次側並列共振回路が共振動作を行うことによって、スイッチング素子Q1のスイッチング動作として電圧共振形の動作が得られる。これに応じて、スイッチング素子Q1の両端電圧(ドレイン−ソース間電圧)であるスイッチング電圧V1としては、そのオフ期間において正弦波状の共振パルス波形が得られる。
A primary side parallel resonant capacitor Cr is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q1.
The primary side parallel resonance capacitor Cr has a primary side parallel resonance circuit (voltage resonance circuit) for the switching current flowing in the switching element Q1 by its own capacitance and the leakage (leakage) inductance L1 of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT. Form. The primary side parallel resonance circuit performs a resonance operation, whereby a voltage resonance type operation is obtained as the switching operation of the switching element Q1. Accordingly, a sinusoidal resonance pulse waveform is obtained during the off period as the switching voltage V1, which is the voltage across the switching element Q1 (drain-source voltage).

発振・ドライブ回路2は、例えば他励式によりスイッチング素子Q1を駆動するために、発振回路と、この発振回路により得られる発振信号に基づいて、MOS−FETをスイッチング駆動するためのゲート電圧であるドライブ信号を生成して、スイッチング素子Q1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は、ドライブ信号の周期に応じたスイッチング周波数に従って連続的にオン/オフ動作を行う。つまり、スイッチング動作を行う。   The oscillation / drive circuit 2 is a drive that is a gate voltage for switching the MOS-FET based on an oscillation circuit and an oscillation signal obtained by the oscillation circuit in order to drive the switching element Q1 by, for example, separate excitation. A signal is generated and applied to the gate of the switching element Q1. Thereby, the switching element Q1 continuously performs on / off operation according to the switching frequency corresponding to the cycle of the drive signal. That is, a switching operation is performed.

絶縁コンバータトランスPITは、一次側と二次側とを直流的に絶縁した状態で、一次側スイッチングコンバータのスイッチング出力を二次側に伝送する。
図2は、図1の電源回路が備える絶縁コンバータトランスPITの構造例を示す断面図である。
この図に示すように、絶縁コンバータトランスPITは、フェライト材によるE型コアCR1、CR2を互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コアを備える。E型コアCR1、CR2は、それぞれ図のように断面形状がE字型とされたコアである。
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及び二次側巻線が巻装されたボビンBを上記EE型コア(CR1,CR2)に取り付けることで、一次側巻線及び二次側巻線とがそれぞれ異なる巻装領域により、EE型コアの中央磁脚に巻装される状態となる。
The insulating converter transformer PIT transmits the switching output of the primary side switching converter to the secondary side in a state where the primary side and the secondary side are galvanically insulated.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structural example of an insulating converter transformer PIT included in the power supply circuit of FIG.
As shown in this figure, the insulating converter transformer PIT includes an EE type core in which E type cores CR1 and CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other. The E-type cores CR1 and CR2 are cores each having an E-shaped cross section as shown in the figure.
And the bobbin B formed with resin etc. is provided by the shape divided | segmented so that it might mutually become independent about the primary side and the secondary side winding part. 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 and the secondary side winding are wound in this way to the EE type cores (CR1, CR2), the primary side winding and the secondary side winding are different from each other. By the winding area, the center magnetic leg of the EE core is wound.

さらに、EE型コアの中央磁脚に対しては、図のようにしてギャップGが形成される。このギャップGの長さは、一次側と二次側との結合係数を決定するにあたっての一要素となる。なお、ギャップGは、E型コアCR1,CR2の中央磁脚を、2本の外磁脚よりも短くすることで形成することができる。   Furthermore, a gap G is formed as shown in the figure with respect to the central magnetic leg of the EE type core. The length of the gap G is an element in determining the coupling coefficient between the primary side and the secondary side. The gap G can be formed by making the central magnetic legs of the E-type cores CR1 and CR2 shorter than the two outer magnetic legs.

その上で、この場合の絶縁コンバータトランスPITにおいては、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ている。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型コア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。
In addition, in the insulating converter transformer PIT in this case, the central 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 The ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 are provided so as to sandwich each of the portions corresponding to the boundary. These ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 each have a predetermined thickness Ln2.
Further, as can be seen from the names, the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 in this case are made of the same ferrite as the E-type cores CR1 and CR2, and are provided between the 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、例えば先の図13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型コア構造の場合には、図3(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3においては、図示をわかりやすくするためにボビンB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、図13に示した絶縁コンバータトランスPITにおいて、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、図12の回路にて設定していた結合係数k=0.80程度は、ギャップ長1.0mm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. 13, the magnetic flux φ1 in FIG. A magnetic path is formed as shown by φ2. In FIG. 3, the bobbin B is omitted 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, in the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 13, the degree of coupling between the primary winding N1 and the secondary winding N2 is correspondingly high, and the coupling coefficient k set in the circuit of FIG. = 0.80 was obtained by forming a gap G having a gap length of about 1.0 mm on the inner magnetic leg.

これに対して、図2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型コア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3(b)に示すようにして、EE型コアの形状として、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型コアの形状は、図3(a)のEE型コア形状に対して、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3(b)に示す絶縁コンバータトランスPITでは、図3(b)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の突出部分の厚さLn2が厚くなって、これらフェライトシートコアFSC1,FSC2の突出部分を通る磁束の量が増大するほど増加し、一方の磁束φ1,φ2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. 2, the E-type cores CR1 and CR2 are ferrites of the same material as the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2. Substantially, as shown in FIG. 3 (b), the shape of the EE core is assumed to have a shape in which the center part of the outer magnetic leg protrudes toward the center part side of the inner magnetic leg. Can do. The shape of such an EE type core is the same as that of the EE type core shape of FIG. 3A 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. 3B generates magnetic fluxes indicated by φ11 and φ12 indicated by broken lines in FIG. 3B. The components of the magnetic fluxes φ11 and φ12 increase as the thickness Ln2 of the protruding portions of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 increases and the amount of magnetic flux passing through the protruding portions of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 increases. On the other hand, the component amount of the magnetic fluxes φ1 and φ2 decreases.

ここで、磁束φ11,φ12の磁路は、一次巻線N1側と二次巻線N2側との個々にそれぞれ対応して形成されるものとなる。従って、上記した磁束φ1,φ2の成分量が減少するのに対し、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ことになる。
つまりは、このフェライトシートコア(FSC)によっても結合係数を変化させることができるもので、上記のようにその厚さLn2に応じて結合係数を低く設定することが可能となる。
Here, the magnetic paths of the magnetic fluxes φ11 and φ12 are formed respectively corresponding to the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side. Therefore, while the component amounts of the magnetic fluxes φ1 and φ2 described above decrease, the magnetic fluxes φ11 and φ12 tend to increase, which means that the degree of coupling between the primary winding N1 and the secondary winding N2 decreases. become.
That is, the coupling coefficient can be changed also by this ferrite sheet core (FSC), and the coupling coefficient can be set low according to the thickness Ln2 as described above.

このようにして、フェライトシートコアFSC1、FSC2を設けたことによって結合係数が低下するということは、本例の構成によれば、ギャップGの拡大を伴わずに結合係数としてより低い値を設定することができる。
本実施の形態の場合、具体的にはギャップGの長さを従来と同様の1.0mm程度に設定した上で、フェライトシートコアFSC1、FSC2の上記した厚さLn2を1.5mmに設定したことで、絶縁コンバータトランスPITにおける総合的な結合係数(以下、総合結合係数ktとする)として、kt=0.6程度を得るようにされる。
In this way, the fact that the coupling coefficient is lowered by providing the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 means that according to the configuration of this example, a lower value is set as the coupling coefficient without increasing the gap G. be able to.
In the case of the present embodiment, specifically, the length of the gap G is set to about 1.0 mm as in the prior art, and the above-described thickness Ln2 of the ferrite sheet cores FSC1 and FSC2 is set to 1.5 mm. As a total coupling coefficient (hereinafter referred to as a total coupling coefficient kt) in the insulating converter transformer PIT, about kt = 0.6 is obtained.

なお、上記説明からも理解されるように、総合結合係数ktの設定は、EE型コアの基本形状に対して、上記フェライトシートコア(FSC1、FSC2)と同様の磁路発生部位が形成されることでこれを行うことができるものであるが、これによれば、例えばフェライトシートコアを使用せずとも図3(b)に示すままの実際のコア形状が得られるようにE型コアを成型して、これを組み合わせることによってもフェライトシートコアを使用する場合と同様の総合結合係数ktの設定を可能とすることができる。
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型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。
As can be understood from the above description, the setting of the total coupling coefficient kt is such that a magnetic path generation site similar to the ferrite sheet core (FSC1, FSC2) is formed with respect to the basic shape of the EE type core. However, according to this, for example, an E-type core is molded so that an actual core shape as shown in FIG. 3B can be obtained without using a ferrite sheet core. Thus, by combining these, it is possible to set the total coupling coefficient kt similar to the case where the ferrite sheet core is used.
However, in the present embodiment, the ferrite sheet cores (FSC1, FSC2) are used as outer magnetic legs in consideration of the fact that the manufacturing process is simpler than molding the E-type core as described above. It is the form which is inserted.

また、本実施の形態の場合、絶縁コンバータトランスPITとしては、次の図4(a)に示す構造とすることもできる。
図4(a)において、この場合の絶縁コンバータトランスPITとしても、その断面形状がE字型とされたフェライト材によるE型コアCR3とE型コアCR4とについて、互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コアを備える。
但しこの場合は、一次側巻線(N1)と二次側巻線(N2)とをそれぞれ独立して巻装する2つのボビンB5について、各々を上記EE型コア(CR3・CR4)に形成される2本の外磁脚の一方ずつに取り付けることで、図のように一次側巻線が一方の外磁脚に、二次側巻線が他方の外磁脚に巻装される状態が得られるようにされている。
そして、この場合も上記EE型コアの中央磁脚に対しては、ギャップGが形成される。この場合もギャップGは、E型コアCR3,CR4の中央磁脚を2本の外磁脚よりも短くすることで形成することができる。
In the case of the present embodiment, the insulating converter transformer PIT may have the structure shown in FIG.
In FIG. 4A, the insulating converter transformer PIT in this case is such that the magnetic legs of the E-type core CR3 and E-type core CR4 made of a ferrite material whose cross-sectional shape is E-shaped are opposed to each other. EE type core combined with
However, in this case, each of the two bobbins B5 for independently winding the primary winding (N1) and the secondary winding (N2) is formed on the EE core (CR3 / CR4). By attaching to each of the two outer magnetic legs, the primary side winding is wound around one outer magnetic leg and the secondary side winding is wound around the other outer magnetic leg as shown in the figure. It is supposed to be.
Also in this case, a gap G is formed with respect to the central magnetic leg of the EE core. Also in this case, the gap G can be formed by making the central magnetic legs of the E-type cores CR3 and CR4 shorter than the two outer magnetic legs.

この図4(a)に示す構造とされた絶縁コンバータトランスPITにおいては、図4(b)に示されるような磁路が形成される。なお、この図4(b)においても説明の便宜上ボビンB5については省略している。
先ず、上記のようにして一次側巻線と二次側巻線とがそれぞれ別々の外磁脚に対して巻装されていることで、この場合の磁路としては、図示するようにE型コアCR3側とE型コアCR4側とでそれぞれ2つの外磁脚を跨ぐようにして形成される磁束φ3による磁路と、それぞれの外磁脚側から内磁脚側へ通る磁束φ13と磁束φ14とによる磁路とが形成される。
図示されるように、上記磁束φ3としては、一次巻線N1側と二次巻線N2側とを跨ぐようにして形成されることがわかる。
一方の磁束φ13、φ14は、一次巻線N1側と二次巻線N2側との個々にそれぞれ対応して形成されるものとなる。
In the insulating converter transformer PIT having the structure shown in FIG. 4A, a magnetic path as shown in FIG. 4B is formed. In FIG. 4B, the bobbin B5 is omitted for convenience of explanation.
First, the primary side winding and the secondary side winding are wound around different outer magnetic legs as described above, and as a magnetic path in this case, as shown in FIG. The magnetic path by the magnetic flux φ3 formed so as to straddle the two outer magnetic legs on the core CR3 side and the E-type core CR4 side, and the magnetic flux φ13 and the magnetic flux φ14 passing from the outer magnetic leg side to the inner magnetic leg side, respectively. To form a magnetic path.
As shown, the magnetic flux φ3 is formed so as to straddle the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side.
One magnetic flux φ13, φ14 is formed corresponding to each of the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side.

このように、一次巻線N1側と二次巻線N2側との個々にそれぞれ対応して形成される磁束φ13、φ14は、上記もしているように共に内磁脚を通る。従って、この場合もEE型コアの内磁脚に形成されるギャップGの長さが、一次側と二次側の結合度を設定する1要素となっていることが理解できる。
但し、この場合の構造によると、一次側と二次側の結合度は、上記ギャップGの長さを長くすることによっては磁束φ13、φ14が減少して高められるものとなる。逆にギャップGの長さを短くすることによっては磁束φ13、φ14が増加して低くなるようにされる。つまりは、この図4に示す構造とされた場合、結合係数を低下させるにあたっては、ギャップGの長さをより短くするようにされるものであり、これによって、この場合としてもギャップGの拡大を伴わずに結合係数の値を低下させることができるものである。
As described above, the magnetic fluxes φ13 and φ14 formed respectively corresponding to the primary winding N1 side and the secondary winding N2 side pass through the inner magnetic legs as described above. Therefore, in this case as well, it can be understood that the length of the gap G formed on the inner magnetic leg of the EE core is one element for setting the degree of coupling between the primary side and the secondary side.
However, according to the structure in this case, the degree of coupling between the primary side and the secondary side can be increased by decreasing the magnetic fluxes φ13 and φ14 by increasing the length of the gap G. On the contrary, by shortening the length of the gap G, the magnetic fluxes φ13 and φ14 are increased and lowered. In other words, in the case of the structure shown in FIG. 4, in reducing the coupling coefficient, the length of the gap G is made shorter. It is possible to reduce the value of the coupling coefficient without accompanying.

このようにして本実施の形態の絶縁コンバータトランスPITの構造によれば、ギャップGを拡大することなく一次側と二次側の結合係数を低下させることができる。
例えば、ギャップGの拡大によって結合係数の低下を図る場合、絶縁コンバータトランスPITにおける渦電流損失が増大するものとなるが、このように本例の場合は結合係数の低下にあたってギャップGの拡大が伴わないことで、この渦電流損失を抑制して効率低下を有効に抑制することができる。
Thus, according to the structure of the insulating converter transformer PIT of the present embodiment, the coupling coefficient between the primary side and the secondary side can be reduced without increasing the gap G.
For example, when the coupling coefficient is decreased by increasing the gap G, the eddy current loss in the insulating converter transformer PIT increases. In this example, the gap G is increased when the coupling coefficient is decreased. By not having this, it is possible to suppress this eddy current loss and effectively suppress the decrease in efficiency.

なお、以下では絶縁コンバータトランスPITとしては図2に示した構成が採られるものとして、一次側と二次側の結合係数については総合結合係数ktにより示すものとする。確認のために述べておくと、図2、図4何れの構成が採られる場合にも、同じ結合係数の値の設定にあたってギャップGの長さが同等とされるように構成されていることで、上記渦電流損失の抑制効果は同等に得ることができる。   In the following, it is assumed that the configuration shown in FIG. 2 is adopted as the insulating converter transformer PIT, and the coupling coefficient on the primary side and the secondary side is indicated by the total coupling coefficient kt. For confirmation, the length of the gap G is set to be the same when setting the same coupling coefficient value regardless of the configuration of FIGS. 2 and 4. The effect of suppressing the eddy current loss can be obtained equally.

説明を図1に戻す。
絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の一端は、前述もしたように、スイッチング素子Q1のドレインと接続されている。これにより、スイッチング素子Q1のスイッチング出力が一次巻線N1に伝達され、一次巻線N1には交番電圧が生じる。
Returning to FIG.
One end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the drain of the switching element Q1 as described above. As a result, the switching output of the switching element Q1 is transmitted to the primary winding N1, and an alternating voltage is generated in the primary winding N1.

絶縁コンバータトランスPITの二次側では、一次巻線N1により誘起された交番電圧が二次巻線N2に発生する。
この二次巻線N2に対しては、二次側並列共振コンデンサC2を並列に接続している。これにより、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2と二次側並列共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって二次側並列共振回路を形成する。この二次側並列共振回路は、後述する二次側整流回路の整流動作に応じて共振動作を行う。つまり、一次側とともに、二次側においても電圧共振動作が得られる。
On the secondary side of the insulating converter transformer PIT, an alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2.
A secondary side parallel resonant capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2. Thus, a secondary side parallel resonance circuit is formed by the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 and the capacitance of the secondary side parallel resonance capacitor C2. This secondary side parallel resonance circuit performs a resonance operation in accordance with a rectification operation of a secondary side rectifier circuit described later. That is, the voltage resonance operation can be obtained on the secondary side as well as the primary side.

また、さらに実施の形態では、二次巻線N2に対して直列に、二次側直列共振コンデンサC3を接続するものとしている。この二次側直列共振コンデンサC3の接続により、この場合の二次側においては上記並列共振動作と共に直列共振動作(電流共振動作)も得られることになる。   Further, in the embodiment, the secondary side series resonant capacitor C3 is connected in series with the secondary winding N2. By connecting the secondary side series resonance capacitor C3, a series resonance operation (current resonance operation) is obtained together with the parallel resonance operation on the secondary side in this case.

そして、この場合の二次側整流回路は、上記のようにして二次側並列共振コンデンサC2が並列接続され、また二次側直列共振コンデンサC3が直列接続された二次巻線N2に対して、整流ダイオードDo1と整流ダイオードDo2と、平滑コンデンサCoを図示するように接続して成る倍圧半波整流回路が備えられる。
この倍圧半波整流回路の接続態様としては、まず、二次巻線N2の巻き終わり端部側に対して、上記二次側直列共振コンデンサC3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のカソードを接続する。また、整流ダイオードDo1のカソードを平滑コンデンサCoの正極端子に接続する。二次巻線N2の巻始め端部と、整流ダイオードDo2のアノードと、平滑コンデンサCoの負極端子は、二次側アースに対して接続する。
In this case, the secondary side rectifier circuit is connected to the secondary winding N2 in which the secondary side parallel resonant capacitor C2 is connected in parallel and the secondary side series resonant capacitor C3 is connected in series as described above. , A rectifier diode Do1, a rectifier diode Do2, and a smoothing capacitor Co are connected as shown in FIG.
As a connection mode of the voltage doubler half-wave rectifier circuit, first, the anode of the rectifier diode Do1 is connected to the winding end end side of the secondary winding N2 through the series connection of the secondary side series resonant capacitor C3. The cathode of the rectifier diode Do2 is connected. Further, the cathode of the rectifier diode Do1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co. The winding start end of the secondary winding N2, the anode of the rectifier diode Do2, and the negative terminal of the smoothing capacitor Co are connected to the secondary side ground.

このようにして形成される倍圧半波整流回路の整流動作は次のようになる。
先ず、二次巻線N2に励起される交番電圧(V2)の一方の極性に対応する半周期においては、整流ダイオードDo2に順方向電圧が印加されることになるので、この期間に対応しては整流ダイオードDo2が導通し、整流電流を二次側直列共振コンデンサC3に対して充電する動作が得られる。これによって、二次側直列共振コンデンサC3には、二次巻線N2に誘起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルの両端電圧が生成される。次の、上記交番電圧の他方の極性に対応する半周期においては、整流ダイオードDo1に順方向電圧が印加されて導通する。このとき、平滑コンデンサCoに対しては、この交番電圧の電位と、上記二次側直列共振コンデンサC3の両端電圧とが重畳された電位により充電が行われる。
これによって平滑コンデンサCoの両端電圧としては、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる二次側直流出力電圧Eoが得られることになる。この整流動作では、平滑コンデンサCoに対しては、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期に対応してのみ充電が行われる。つまり、倍圧半波としての整流動作が得られている。
この二次側直流出力電圧Eoは、負荷に供給される。また、分岐して制御回路1に対して検出電圧として出力される。
なお、このような倍圧半波整流回路において、上記整流ダイオードDo1と整流ダイオードDo2とは、スイッチング周波数に応じた比較的高周波でのオン/オフ動作を行うことから、高速型(高速リカバリ型)が選定される。
The rectification operation of the double voltage half-wave rectifier circuit formed in this way is as follows.
First, in a half cycle corresponding to one polarity of the alternating voltage (V2) excited in the secondary winding N2, a forward voltage is applied to the rectifier diode Do2, so this period corresponds to this period. The rectifier diode Do2 becomes conductive, and an operation of charging the rectified current to the secondary side series resonant capacitor C3 is obtained. As a result, a voltage across the secondary side series resonant capacitor C3 having a level corresponding to the same multiple of the alternating voltage level induced in the secondary winding N2 is generated. In the next half cycle corresponding to the other polarity of the alternating voltage, a forward voltage is applied to the rectifier diode Do1 to conduct. At this time, the smoothing capacitor Co is charged with a potential obtained by superimposing the potential of the alternating voltage and the voltage across the secondary side series resonance capacitor C3.
As a result, the secondary side DC output voltage Eo having a level corresponding to twice the alternating voltage level excited by the secondary winding N2 is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Co. In this rectification operation, the smoothing capacitor Co is charged only in correspondence with one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2. That is, a rectifying operation as a double voltage half wave is obtained.
The secondary side DC output voltage Eo is supplied to the load. Further, it branches and is output as a detection voltage to the control circuit 1.
In such a voltage doubler half-wave rectifier circuit, the rectifier diode Do1 and the rectifier diode Do2 perform on / off operations at a relatively high frequency according to the switching frequency, so that a high-speed type (high-speed recovery type) is used. Is selected.

制御回路1は、入力された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を可変するようにして、スイッチング素子Q1を駆動する。
スイッチング素子Q1のスイッチング周波数が可変制御されることによっては、電源回路における一次側、二次側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、また、二次側整流回路から負荷に供給すべき電力量が変化することになる。これにより、二次側直流出力電圧Eoのレベル変動がキャンセルされるようにして二次側直流出力電圧Eoのレベルを制御する動作が得られることになる。つまり、二次側直流出力電圧Eoの安定化が図られる。
The control circuit 1 supplies a detection output corresponding to the level change of the input secondary side DC output voltage Eo to the oscillation / drive circuit 2. In the oscillation / drive circuit 2, the switching element Q1 is driven such that the switching frequency is varied in accordance with the input detection output of the control circuit 1.
When the switching frequency of the switching element Q1 is variably controlled, the resonance impedance of the primary side and the secondary side in the power supply circuit changes and is transmitted from the primary winding N1 to the secondary winding N2 side of the insulating converter transformer PIT. And the amount of power to be supplied from the secondary side rectifier circuit to the load changes. As a result, an operation of controlling the level of the secondary side DC output voltage Eo so that the level fluctuation of the secondary side DC output voltage Eo is canceled is obtained. That is, the secondary side DC output voltage Eo is stabilized.

ここで、本実施の形態の場合、二次巻線N2に対しては二次側並列共振コンデンサC2に加え、二次側直列共振コンデンサC3が接続されて直列共振動作も得られるようになっている。このような場合での二次側直流出力電圧Eoについての定電圧制御動作は、後の図6においても説明するように、上記のようなスイッチング周波数自体の可変制御と、スイッチング素子Q1のオン期間TONとオフ期間TOFFの時間長の可変制御とが複合的に行われるものとなる。   Here, in the case of the present embodiment, the secondary winding N2 is connected to the secondary side series resonant capacitor C3 in addition to the secondary side parallel resonant capacitor C2, so that a series resonant operation is also obtained. Yes. The constant voltage control operation for the secondary side DC output voltage Eo in such a case includes the variable control of the switching frequency itself as described above and the ON period of the switching element Q1, as will be described later with reference to FIG. TON and variable control of the time length of the off period TOFF are performed in combination.

なお、上記図1に示した回路形態による本例の電源回路の実際として、要部については、下記のように設定を行って構成している。
先ず、絶縁コンバータトランスPITについては、コアについてEER-35を選定して、ギャップGについては1.0mmのギャップ長を設定した。また、一次巻線N1及び二次巻線N2の各巻数(ターン数)Tについては、N1=63T、N2=25Tを選定して、絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktについてはkt=0.57が設定される。また、この際、一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1=403μH、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2=86μHとなる。
また、一次側並列共振コンデンサCrのキャパシタンスについてはCr=6800pFを選定した。この一次側並列共振コンデンサCrについてのキャパシタンス設定と、上記絶縁コンバータトランスPITの構造により得られる一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1とにより、一次側並列共振回路の共振周波数fo1=96kHzが設定される。また、二次側並列共振コンデンサC2のキャパシタンスについてはC2=0.033μFを選定しており、このキャパシタンス設定と、絶縁コンバータトランスPITの構造により得られる二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2とにより、二次側並列共振周波数fo2=94.5kHzが設定される。すなわち、一次側の共振周波数fo1と二次側並列共振周波数fo2との関係としては、fo1≒fo2の関係が得られているといえる。
さらに、二次側直列共振コンデンサC3についてはC3=0.1μFを設定し、これによって二次側直列共振周波数fo3=54.3kHzを設定した。
これらより、この場合の共振周波数fo1、二次側並列共振周波数fo2、二次側直列共振周波数fo3の三者の関係としては、図1にも示したようにfo1≒fo2>fo3の関係が得られているものである。
また、特に一次側の共振周波数fo1と二次側の直列共振周波数fo3との比較では、fo1≒fo3×0.56となっており、共振周波数fo3は共振周波数fo1のおよそ1/2の値となるようにされている。
また、対応負荷電力は、最大負荷電力Pomax=200W、最小負荷電力Pomin=0W(無負荷)とし、二次側直流出力電圧Eoの定格レベルは135Vとしている。
The actual configuration of the power supply circuit of the present example according to the circuit configuration shown in FIG. 1 is configured by setting the main part as follows.
First, for the insulating converter transformer PIT, EER-35 was selected for the core, and a gap length of 1.0 mm was set for the gap G. Further, N1 = 63T and N2 = 25T are selected for the number of turns (number of turns) T of the primary winding N1 and the secondary winding N2, and kt = 0.57 is set for the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT. Is set. At this time, the leakage inductance L1 of the primary winding N1 = 403 μH and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 = 86 μH.
Further, Cr = 6800 pF was selected for the capacitance of the primary side parallel resonant capacitor Cr. The resonance frequency fo1 = 96 kHz of the primary side parallel resonance circuit is set by the capacitance setting for the primary side parallel resonance capacitor Cr and the leakage inductance L1 of the primary winding N1 obtained by the structure of the insulating converter transformer PIT. Also, C2 = 0.033 μF is selected as the capacitance of the secondary parallel resonant capacitor C2, and the capacitance setting and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 obtained by the structure of the insulating converter transformer PIT The secondary parallel resonance frequency fo2 = 94.5kHz is set. That is, it can be said that the relationship of fo1≈fo2 is obtained as the relationship between the primary side resonance frequency fo1 and the secondary side parallel resonance frequency fo2.
Further, for the secondary side series resonance capacitor C3, C3 = 0.1 μF was set, thereby setting the secondary side series resonance frequency fo3 = 54.3 kHz.
From these, the relationship between the resonance frequency fo1, the secondary side parallel resonance frequency fo2, and the secondary side series resonance frequency fo3 in this case is fo1≈fo2> fo3 as shown in FIG. It is what has been.
Further, in particular, in the comparison between the primary side resonance frequency fo1 and the secondary side series resonance frequency fo3, fo1≈fo3 × 0.56, and the resonance frequency fo3 is approximately half the resonance frequency fo1. It is supposed to be.
Further, the corresponding load power is the maximum load power Pomax = 200 W, the minimum load power Pomin = 0 W (no load), and the rated level of the secondary side DC output voltage Eo is 135V.

図5の波形図は、上記構成による図1の電源回路における要部の動作を、スイッチング素子Q1のスイッチング周期により示しており、図5(a)には、最大負荷電力Pomax=200Wの条件において、交流入力電圧VAC=100V時でのスイッチング電圧V1、スイッチング電流IQ1、一次巻線電流I1、交番電圧V2、二次巻線電流I2、二次側整流電流ID1、二次側整流電流ID2が示される。また図5(b)には、同じく最大負荷電力Pomax=200Wの条件下、交流入力電圧VAC=230V時での上記各波形が示されている。   The waveform diagram of FIG. 5 shows the operation of the main part of the power supply circuit of FIG. 1 configured as described above by the switching cycle of the switching element Q1, and FIG. 5 (a) shows the maximum load power Pomax = 200W. Switching voltage V1, switching current IQ1, primary winding current I1, alternating voltage V2, secondary winding current I2, secondary side rectified current ID1, secondary side rectified current ID2 when AC input voltage VAC = 100V is shown It is. Further, FIG. 5B shows the above waveforms when the AC input voltage VAC = 230 V under the condition of the maximum load power Pomax = 200 W.

図5において、先ずスイッチング電圧V1は、スイッチング素子Q1のドレイン−ソース間の電圧であり、スイッチング電流IQ1は、ドレイン側からスイッチング素子Q1(及びボディダイオードDD)に流れる電流となる。スイッチング電圧V1及びスイッチング電流IQ1によっては、スイッチング素子Q1のオン/オフタイミングが示される。1スイッチング周期は、スイッチング素子Q1がオンとなるべき期間TONと、オフとなるべき期間TOFFとに分けられ、スイッチング電圧V1は、期間TONにおいては0レベルで、期間TOFFにおいて共振パルスが得られる波形となる。このスイッチング電圧V1の共振パルスは、一次側スイッチングコンバータの動作が電圧共振形であることにより、正弦波状の共振波形として得られる。
なお、この場合、図5(a)に示す交流入力電圧VAC=100V時では、スイッチング電圧V1のピークレベル(V1−p)は640Vpとなっている。一方、図5(b)に示す交流入力電圧VAC=230V時ではV1−p=770Vpとなる。
In FIG. 5, the switching voltage V1 is a voltage between the drain and the source of the switching element Q1, and the switching current IQ1 is a current flowing from the drain side to the switching element Q1 (and the body diode DD). The on / off timing of the switching element Q1 is indicated by the switching voltage V1 and the switching current IQ1. One switching cycle is divided into a period TON in which the switching element Q1 is to be turned on and a period TOFF in which the switching element Q1 is to be turned off. It becomes. The resonance pulse of the switching voltage V1 is obtained as a sinusoidal resonance waveform because the operation of the primary side switching converter is a voltage resonance type.
In this case, when the AC input voltage VAC = 100 V shown in FIG. 5A, the peak level (V1-p) of the switching voltage V1 is 640 Vp. On the other hand, when the AC input voltage VAC = 230V shown in FIG. 5B, V1-p = 770Vp.

スイッチング電流IQ1は、期間TOFFにおいては0レベルであり、この期間TOFFが終了して期間TONが開始されてターンオンタイミングに至ると、先ず、ボディダイオードDDを流れることで負極性の波形となり、続いてドレインからソースに流れることで正極性に反転する波形となる。
この図に示されるスイッチング電流IQ1の波形は、適正にZVSが行われていることを示している。
なお、図5(a)における交流入力電圧VAC=100V時、スイッチング電流IO1のピークレベルは3.4Apであり、図5(b)に示す交流入力電圧VAC=230V時ではIQ1=4.0Apとなる。
The switching current IQ1 is 0 level in the period TOFF. When the period TON ends and the period TON starts and reaches the turn-on timing, first, the switching current IQ1 has a negative waveform by flowing through the body diode DD. The waveform reverses to the positive polarity by flowing from the drain to the source.
The waveform of the switching current IQ1 shown in this figure indicates that ZVS is properly performed.
When the AC input voltage VAC = 100V in FIG. 5A, the peak level of the switching current IO1 is 3.4 Ap, and when the AC input voltage VAC = 230 V shown in FIG. 5B, IQ1 = 4.0 Ap. Become.

一次巻線電流I1は、一次巻線N1に流れる電流であり、スイッチング電流IQ1に流れる電流成分と一次側並列共振コンデンサCrに流れる電流とを合成したものとなる。一次巻線電流I1における期間TOFFの波形は、一次側並列共振コンデンサCrに流れる電流波形に対応している。   The primary winding current I1 is a current that flows through the primary winding N1, and is a combination of the current component that flows through the switching current IQ1 and the current that flows through the primary side parallel resonant capacitor Cr. The waveform of the period TOFF in the primary winding current I1 corresponds to the current waveform flowing in the primary side parallel resonant capacitor Cr.

また、交番電圧V2、二次巻線電流I2、二次側整流電流ID1,ID2によっては、二次側整流回路の動作が示される。
二次巻線N2に誘起された交番電圧V2によっては、先の説明のようにして、この交番電圧V2の半周期の期間ごとに対応して、整流ダイオードDo1,Do2が交互に導通する。
二次側整流電流ID1,ID2は、図示するようにして、半波の正弦波形状により交互となるようにして平滑コンデンサCoに対して流れる。二次巻線N2に流れる二次巻線電流I2は、二次側整流電流ID1,ID2を合成して得られ、図示するようにして正弦波状となる。二次巻線電流I2の正弦波形状は、二次側に形成された直列共振回路の共振動作の影響により得られるものである。
なお、本実施の形態の場合において、交番電圧V2は、最大負荷電力Pomax時においては、図示するように二次巻線N2の誘起電圧レベルが二次側直流出力電圧Eo以上のレベルの電圧となって整流ダイオードDo1、整流ダイオードDo2を導通させている期間に対応して、二次側直流出力電圧Eoの1/2のレベルによりクランプされる波形が得られる。
またこの場合、図5(a)に示す交流入力電圧VAC=100V時での二次側整流電流ID1、ID2のピークレベルは、それぞれ5.0Ap、6.0Apとなり、図5(b)に示す交流入力電圧VAC=230V時での二次側整流電流ID1、ID2のピークレベルはそれぞれ6.0Ap、7.0Apとなっている。
The operation of the secondary side rectifier circuit is indicated by the alternating voltage V2, the secondary winding current I2, and the secondary side rectified currents ID1 and ID2.
Depending on the alternating voltage V2 induced in the secondary winding N2, as described above, the rectifier diodes Do1 and Do2 are turned on alternately corresponding to each half-cycle period of the alternating voltage V2.
The secondary side rectified currents ID1 and ID2 flow through the smoothing capacitor Co in an alternating manner by a half-wave sine wave shape as shown in the figure. The secondary winding current I2 flowing through the secondary winding N2 is obtained by synthesizing the secondary side rectified currents ID1 and ID2, and has a sine wave shape as shown in the figure. The sinusoidal shape of the secondary winding current I2 is obtained by the influence of the resonance operation of the series resonance circuit formed on the secondary side.
In the case of the present embodiment, the alternating voltage V2 is a voltage at which the induced voltage level of the secondary winding N2 is higher than the secondary DC output voltage Eo as shown in the figure at the maximum load power Pomax. Thus, a waveform clamped by a level of ½ of the secondary side DC output voltage Eo is obtained corresponding to a period in which the rectifier diode Do1 and the rectifier diode Do2 are turned on.
In this case, the peak levels of the secondary side rectified currents ID1 and ID2 at the AC input voltage VAC = 100 V shown in FIG. 5A are 5.0 Ap and 6.0 Ap, respectively, as shown in FIG. 5B. The peak levels of the secondary side rectified currents ID1 and ID2 when the AC input voltage VAC = 230 V are 6.0 Ap and 7.0 Ap, respectively.

図6は、図1に示した電源回路についての実験結果として、負荷変動に対するAC→DC電力変換効率(ηAC→DC)、スイッチング周波数fs、期間TONと期間TOFFの時間長、及びスイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの変化特性を示している。
なお、後述もするように図1にて説明した本実施の形態の電源回路の構成によれば、AC100V系とAC200V系との双方の入力に対応して動作可能なワイドレンジ対応の構成が実現される。これに応じ図6では、交流入力電圧VAC=100V時の各特性を実線により示し、交流入力電圧VAC=230V時での各特性を破線によりそれぞれ示している。
FIG. 6 shows, as experimental results for the power supply circuit shown in FIG. 1, AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) with respect to load fluctuation, switching frequency fs, time length of period TON and period TOFF, and switching voltage V1. The change characteristic of the peak level V1-p is shown.
As will be described later, according to the configuration of the power supply circuit of the present embodiment described with reference to FIG. 1, a wide-range configuration capable of operating in accordance with both the AC100V system and AC200V system inputs is realized. Is done. Accordingly, in FIG. 6, each characteristic when the AC input voltage VAC = 100 V is indicated by a solid line, and each characteristic when the AC input voltage VAC = 230 V is indicated by a broken line.

図6において、先ずスイッチング周波数fsは、軽負荷の傾向となるのに応じて高くなっていく傾向で変化している。また、交流入力電圧VACの100V時と230V時との比較では、VAC=230V時の方がその値が高くなっていることがわかる。
これらのことは、この場合の定電圧制御動作が、軽負荷傾向及び交流入力電圧の上昇傾向に応じて二次側直流出力電圧Eoが上昇するのに応じてスイッチング周波数fsを高くする制御であることを示している。
In FIG. 6, first, the switching frequency fs changes with a tendency to increase in accordance with a light load tendency. Further, when the AC input voltage VAC is 100V and 230V, the value is higher when VAC = 230V.
In these cases, the constant voltage control operation in this case is a control to increase the switching frequency fs as the secondary side DC output voltage Eo increases in accordance with the light load tendency and the AC input voltage increasing tendency. It is shown that.

また、図6において、期間TONの時間長は、軽負荷傾向となるに従って減少し、逆に期間TOFFは軽負荷傾向となるに従って増加するようにされる。また、交流入力電圧VAC=100V時とVAC=230V時とを比較して、期間TONは交流入力電圧VAC=230V時の方が時間長が短く、また期間TOFFは交流入力電圧VAC=230Vの方が時間長が長くなるように制御されていることがわかる。
従って、このような期間TON/期間TOFFの時間長の可変制御によっては、軽負荷傾向及び交流入力電圧の上昇傾向に応じて二次側直流出力電圧Eoが上昇するのに応じ、期間TONを短く、期間TOFFを長くする制御が行われていることを示し、これによってスイッチング周波数fs自体の可変制御と同様に、二次側直流出力電圧Eoのレベルを安定化する傾向の制御となっていることがわかる。
このように図1の回路では、二次側直流出力電圧Eoの安定化にあたり、スイッチング周波数可変制御と期間TON/TOFFの時間長の可変制御とが複合的に行われているものである。
Further, in FIG. 6, the time length of the period TON decreases as the light load tendency is increased, and conversely, the period TOFF increases as the light load tendency is increased. In addition, comparing the AC input voltage VAC = 100V and VAC = 230V, the period TON is shorter when the AC input voltage VAC = 230V, and the period TOFF is the AC input voltage VAC = 230V. It can be seen that is controlled so that the time length becomes longer.
Therefore, depending on the variable control of the time length of the period TON / period TOFF, the period TON is shortened as the secondary side DC output voltage Eo increases according to the light load tendency and the AC input voltage increasing tendency. , Indicating that the control for extending the period TOFF is being performed, and as a result, the control of the tendency to stabilize the level of the secondary side DC output voltage Eo is performed, similarly to the variable control of the switching frequency fs itself. I understand.
As described above, in the circuit of FIG. 1, the switching frequency variable control and the variable control of the time length of the period TON / TOFF are combined to stabilize the secondary side DC output voltage Eo.

なお、この場合のスイッチング周波数fsの特性によると、スイッチング周波数fsは、負荷変動に対して連続的に可変制御されていることがわかる。
ここで、仮に二次側に対して直列共振回路のみの組み合わされた構成とされる場合、スイッチング周波数fsは負荷変動に対して連続的に可変制御されるものとはならず、中間負荷の領域(例えばPo=120W〜50W程度の範囲)でスイッチング周波数fsが一定となる領域が存在することになる。
図1に示す電源回路のように、スイッチング周波数fsが連続的に可変制御される定電圧制御動作は、先の図15に示した特性図との比較より、図12に示した二次側に並列共振回路のみが組み合わされた構成とされた場合により近いものであることがわかる。従って二次側直流出力電圧Eoの安定化動作については、一次側の並列共振回路と二次側の直列共振回路との組み合わせではなく、一次側と二次側のそれぞれの並列共振回路どうしの組み合わせによる作用が支配的となっていると考えることができる。
In addition, according to the characteristic of the switching frequency fs in this case, it turns out that the switching frequency fs is continuously variably controlled with respect to the load fluctuation.
Here, if a configuration in which only the series resonant circuit is combined with the secondary side is assumed, the switching frequency fs is not continuously variably controlled with respect to the load variation, and the intermediate load region There is a region where the switching frequency fs is constant (for example, in a range of about Po = 120 W to 50 W).
As in the power supply circuit shown in FIG. 1, the constant voltage control operation in which the switching frequency fs is continuously variably controlled is compared with the characteristic diagram shown in FIG. It can be seen that this is closer to the case where only the parallel resonant circuit is combined. Therefore, the stabilizing operation of the secondary side DC output voltage Eo is not a combination of the primary side parallel resonant circuit and the secondary side series resonant circuit, but a combination of the primary side and secondary side parallel resonant circuits. It can be considered that the action by is dominant.

また、図6において、スイッチング電圧V1のピークレベルV1−pは、交流入力電圧VACが100V時と230V時とで共に、重負荷の傾向となるに従って上昇する傾向となる。また、同じ負荷電力の条件においては、交流入力電圧VAC=230V時の方がその値が高くなっていることがわかる。   In FIG. 6, the peak level V1-p of the switching voltage V1 tends to increase as the load of the AC input voltage VAC increases at 100V and 230V as the load increases. It can also be seen that under the same load power condition, the value is higher when the AC input voltage VAC = 230V.

ここで、図6に示す各特性において、先ずスイッチング周波数fsの具体値としては、交流入力電圧VAC=100V時では、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの範囲に対応して、fs=83.3kHz〜137.0kHzで、Δfs=53.7kHzとなり、このスイッチング周波数の変化に対応する期間TON/TOFFは、TON=8.0μs〜3.6μs、TOFF=4.0μs〜4.8μsとなる結果が得られた。
また、交流入力電圧VAC=230V時では、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの範囲に対応して、fs=126kHz〜153kHzで、Δfs=27kHzとなり、このスイッチング周波数の変化に対応する期間TON/TOFFは、TON=3.7μs〜1.5μs、TOFF=4.2μs〜5.0μsとなる結果が得られている。
Here, in each characteristic shown in FIG. 6, the specific value of the switching frequency fs corresponds to the range of the maximum load power Pomax = 200 W to the minimum load power Pomin = 0 W when the AC input voltage VAC = 100 V. When fs = 83.3kHz to 137.0kHz, Δfs = 53.7kHz, and the period TON / TOFF corresponding to the change in switching frequency is TON = 8.0μs to 3.6μs, TOFF = 4.0μs to 4.8μs. It was.
Also, when AC input voltage VAC = 230V, corresponding to the range of maximum load power Pomax = 200W to minimum load power Pomin = 0W, Δfs = 27kHz from fs = 126kHz to 153kHz, corresponding to this change in switching frequency In the period TON / TOFF to be performed, results are obtained that TON = 3.7 μs to 1.5 μs and TOFF = 4.2 μs to 5.0 μs.

また、AC→DC電力変換効率(ηAC→DC)は、交流入力電圧VAC=100V時、最大負荷電力Pomax=200Wの条件ではηAC→DC=92.1%、交流入力電圧VAC=230Vの条件ではηAC→DC=91.0%との測定結果が得られた。
そして、特筆すべきは、図6に示されているように、この場合のAC→DC電力変換効率は最大負荷電力時(Po=200W時)から25%の負荷電力(Po=50W付近)までの負荷変動に対してなだらかに上昇していき、その後の負荷電力の低下に応じて徐々に低下していく特性となっていることである。
これは、二次側に並列共振回路のみを形成した図12の回路の場合(図15参照)のように、重負荷の傾向となるに従って効率が向上する特性とは逆の特性となっており、これによって25%負荷以下での効率が図12の回路の場合よりも明らかに向上していることがわかる。
具体的に本実施の形態において、特に交流入力電圧VAC=100V時での特性は、負荷電力Po=200W〜25Wまでの変動範囲に対してηAC→DC=90%以上となる高効率が得られている。
The AC → DC power conversion efficiency (ηAC → DC) is as follows. When AC input voltage VAC = 100V, maximum load power Pomax = 200W, ηAC → DC = 92.1%, AC input voltage VAC = 230V A measurement result of ηAC → DC = 91.0% was obtained.
It should be noted that, as shown in FIG. 6, the AC → DC power conversion efficiency in this case is from maximum load power (Po = 200 W) to 25% load power (Po = 50 W vicinity). It is a characteristic that it gradually rises with respect to the load fluctuations and gradually declines as the load power drops thereafter.
This is a characteristic opposite to the characteristic that the efficiency improves as the load becomes heavy as in the case of the circuit of FIG. 12 in which only the parallel resonant circuit is formed on the secondary side (see FIG. 15). Thus, it can be seen that the efficiency at a load of 25% or less is clearly improved as compared with the case of the circuit of FIG.
Specifically, in the present embodiment, particularly when the AC input voltage VAC = 100 V, the characteristic is high efficiency that becomes ηAC → DC = 90% or more with respect to the variation range of the load power Po = 200 W to 25 W. ing.

ここで、図6に示した図1の電源回路の特性について、先ずはスイッチング周波数fsについての特性を図12の電源回路と比較してみる。
図12の電源回路では、交流入力電圧VAC=100Vの入力で、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの変動に対して、fs=117.6kHz〜208.3kHzで、Δfs=96.7kHzとされていた。
これに対し図1の電源回路では、交流入力電圧VAC=100Vの入力で、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの変動に対して、fs=83.3kHz〜137.0kHzで、Δfs=53.7kHzとなっており、図12の電源回路の特性と比較して大幅に必要制御範囲が短縮されていることが分かる。さらに図1の電源回路では、交流入力電圧VAC=230Vの入力で、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの変動に対して、fs=126kHz〜153kHzでΔfs=27kHzとなっており、この条件においても必要制御範囲は図12の電源回路の特性と比較して大幅な短縮が図られている。
Here, regarding the characteristics of the power supply circuit of FIG. 1 shown in FIG. 6, first, the characteristics regarding the switching frequency fs are compared with those of the power supply circuit of FIG.
In the power supply circuit of FIG. 12, with an input of AC input voltage VAC = 100 V, fs = 117.6 kHz to 208.3 kHz and Δfs = 96.7 kHz with respect to fluctuations of maximum load power Pomax = 200 W to minimum load power Pomin = 0 W. It had been.
On the other hand, in the power supply circuit of FIG. 1, with an input of AC input voltage VAC = 100 V, fs = 83.3 kHz to 137.0 kHz and Δfs = 8 with respect to fluctuations of maximum load power Pomax = 200 W to minimum load power Pomin = 0 W. It is 53.7 kHz, and it can be seen that the required control range is greatly shortened compared with the characteristics of the power supply circuit of FIG. Further, in the power supply circuit of FIG. 1, with an input of AC input voltage VAC = 230 V, Δfs = 27 kHz at fs = 126 kHz to 153 kHz with respect to fluctuations of maximum load power Pomax = 200 W to minimum load power Pomin = 0 W. Even under this condition, the required control range is greatly shortened compared to the characteristics of the power supply circuit of FIG.

このような図1の電源回路のスイッチング周波数fsの特性は、最大負荷電力Pomax=200W〜最小負荷電力Pomin=0Wの対応負荷電力の条件で、AC100V系〜AC200V系の範囲(例えばVAC=85V〜264V)の商用交流電源入力に対応して安定化が可能な、いわゆるワイドレンジ対応が実現化されていることを示している。
なお、このような図1の回路でのワイドレンジ対応化については後述する。
The characteristics of the switching frequency fs of the power supply circuit of FIG. 1 are as follows: AC 100 V system to AC 200 V system range (for example, VAC = 85 V to under the condition of corresponding load power of maximum load power Pomax = 200 W to minimum load power Pomin = 0 W). H.264V) that can be stabilized in response to commercial AC power input, so-called wide-range compatibility is realized.
Note that the wide-range support in the circuit of FIG. 1 will be described later.

また、AC→DC電力変換効率については、図12の回路では軽負荷の条件となるに従って電力変換効率が低下することで、ηAC→DC=90%以上の高効率の範囲が負荷電力Po=200W〜75Wの範囲とされていたが、上記もしているように本例ではPo=200W〜25Wまでの範囲に拡大される。   Further, regarding the AC → DC power conversion efficiency, the power conversion efficiency decreases as the light load condition is reached in the circuit of FIG. 12, so that the high efficiency range of ηAC → DC = 90% or more is the load power Po = 200 W. Although it was set to a range of ˜75 W, as described above, in this example, the range is expanded to a range of Po = 200 W to 25 W.

本実施の形態において、このように電力変換効率の向上が図られる主たる要因は、二次側に対して直列共振回路を形成したことによる。
つまり、本実施の形態のように電圧共振形コンバータとして、一次側並列共振回路に対して二次側直列共振回路を組み合わせた構成は、本来、電力変換効率に関しては有利であることが知られている。これは、二次側直列共振回路で得られる共振エネルギーにより、二次側直流出力電圧Eo生成にあたってのエネルギーをまかなうことができることによる。つまり、この点で二次巻線N2に伝達されるべきエネルギーを二次側直列共振回路を設けない場合よりも少なくでき、その分電力変換効率の向上が図られるものである。
そして、この構成は、最大負荷電力から軽負荷の傾向となるのにしたがって、電力変換効率が増加していくという特徴的な性質を有しており、これによって軽負荷傾向に応じて電力変換効率が低下する傾向となる並列共振回路どうしの組み合わせ(図12)の構成と比較すれば、負荷変動に対する電力変換効率特性としては非常に良好な特性を得ることができる。
In the present embodiment, the main factor for improving the power conversion efficiency in this way is that a series resonant circuit is formed on the secondary side.
That is, it is known that the configuration in which the secondary side series resonant circuit is combined with the primary side parallel resonant circuit as the voltage resonant converter as in this embodiment is inherently advantageous in terms of power conversion efficiency. Yes. This is because the energy for generating the secondary side DC output voltage Eo can be covered by the resonance energy obtained by the secondary side series resonance circuit. That is, in this respect, the energy to be transmitted to the secondary winding N2 can be reduced as compared with the case where the secondary series resonance circuit is not provided, and the power conversion efficiency is improved accordingly.
This configuration has a characteristic property that the power conversion efficiency increases as the load tends to increase from the maximum load power. As compared with the configuration of the combination of parallel resonant circuits (FIG. 12) that tends to decrease, a very good characteristic can be obtained as a power conversion efficiency characteristic with respect to load fluctuation.

また、電力変換効率の向上は、各共振周波数の設定によっても図られている。
つまり、本実施の形態の電力変換効率特性(ηAC→DC)としては、上記もしているように負荷電力Po=200W〜25Wまでの負荷変動範囲に対し、ηAC→DC=90%以上が得られているが、このような負荷条件に対する電力変換効率特性は、最終的には、共振周波数fo1,fo2,fo3の調整により得られたものである。つまり、共振周波数fo1,fo2,fo3について各種設定を行って実験を行い、前述したfo1=96kHz、fo2=94.5kHz、fo3=54.3kHzを設定してfo1≒fo2>fo3とみなされる関係を設定したことで、最終的に得られた特性である。
Moreover, the improvement of power conversion efficiency is also achieved by setting each resonance frequency.
That is, as the power conversion efficiency characteristic (ηAC → DC) of the present embodiment, ηAC → DC = 90% or more is obtained with respect to the load fluctuation range from the load power Po = 200 W to 25 W as described above. However, the power conversion efficiency characteristics with respect to such a load condition are finally obtained by adjusting the resonance frequencies fo1, fo2, and fo3. In other words, various settings were made for the resonance frequencies fo1, fo2, and fo3, and experiments were performed. The above-described fo1 = 96 kHz, fo2 = 94.5 kHz, fo3 = 54.3 kHz were set, and a relationship that was regarded as fo1≈fo2> fo3 was set. This is the characteristic finally obtained.

なお、このよなうな共振周波数の設定による電力変換効率の向上は、先の図5に示したスイッチング電流IQ1の波形によっても示されている。
つまり、図5(a)と、先の図14(a)のスイッチング電流IQ1を比較して分かるように、本実施の形態に対応する図5(a)のスイッチング電流IQ1の波形は、スイッチング素子Q1のオン期間TONが終了してオフ期間TOFFに遷移するターンオフ以前のタイミングで、3.4Apのピークレベルが得られる波形となっている。そして、ターンオフタイミングに至るとさらに低下したレベルとなっている。
このようなスイッチング電流IQ1の波形は、二次巻線電流I2の波形が影響している。つまり、並列共振回路と直列共振回路とが組み合わされた二次側の共振回路に流れる電流に応じた波形成分を持っている。二次巻線電流I2の波形は、共振周波数fo1に対する共振周波数fo2、共振周波数fo3の設定によって決まる。
このことから、図5(a)に示されるスイッチング電流IQ1の波形は、一次側並列共振回路と二次並列共振回路と二次側直列共振回路の各共振周波数fo1,fo2,fo3の然るべき設定により得られているものである、ということになる。
この図5(a)のスイッチング電流IQ1の波形は、ターンオフ時におけるスイッチング電流IQ1のレベルが抑制されているということを意味する。ターンオフ時のスイッチング電流IQ1のレベルが抑制されれば、その分、ターンオフ時のスイッチング損失、導通損は低減されることになる。
このようなスイッチング素子のスイッチング損失、導通損の低減が、本実施の形態の電源回路について高電力変換効率特性が得られていることの1つの要因となっている。
Note that such improvement in power conversion efficiency by setting the resonance frequency is also shown by the waveform of the switching current IQ1 shown in FIG.
That is, as can be seen by comparing the switching current IQ1 in FIG. 5A and the previous FIG. 14A, the waveform of the switching current IQ1 in FIG. The waveform is such that a peak level of 3.4 Ap is obtained at the timing before the turn-off when the on-period TON of Q1 ends and transitions to the off-period TOFF. And when the turn-off timing is reached, the level is further lowered.
The waveform of the switching current IQ1 is influenced by the waveform of the secondary winding current I2. That is, it has a waveform component corresponding to the current flowing in the secondary resonance circuit in which the parallel resonance circuit and the series resonance circuit are combined. The waveform of the secondary winding current I2 is determined by the setting of the resonance frequency fo2 and the resonance frequency fo3 with respect to the resonance frequency fo1.
From this, the waveform of the switching current IQ1 shown in FIG. 5A depends on the appropriate setting of the resonance frequencies fo1, fo2, and fo3 of the primary side parallel resonance circuit, the secondary parallel resonance circuit, and the secondary side series resonance circuit. It means that it is obtained.
The waveform of the switching current IQ1 in FIG. 5A means that the level of the switching current IQ1 at the time of turn-off is suppressed. If the level of the switching current IQ1 at the time of turn-off is suppressed, the switching loss and the conduction loss at the time of turn-off are reduced correspondingly.
Such a reduction in switching loss and conduction loss of the switching element is one factor that high power conversion efficiency characteristics are obtained for the power supply circuit of the present embodiment.

ここで、上述のようにして図1の回路では二次側に対して直列共振回路を形成したことでも、電力変換効率の向上が図られるが、単に二次側直列共振回路を設けた構成とした場合には、中間負荷時に異常動作が生じ、実用化は難しくなる。
図1の回路のように、一次側並列共振回路に対し二次側直列共振回路を組み合わせた場合、一次側のスイッチング電流IQ1にいわゆるかみつき電流と呼ばれる、スイッチング素子Q1がターンオフするタイミングで正極性による電流が流れる。
このかみつき電流により、スイッチング損失が増加すると共に、安定なZVS(ゼロ電圧スイッチング)動作が得られなくなる。また、いずれにせよこのような異常動作が生じることで、例えば定電圧制御回路系の位相−ゲイン特性にずれが生じることとなって、異常発振状態でのスイッチング動作となる。そして、これらの異常動作が生じることから、その実用化が困難なものとされていた。
このような中間負荷時の異常動作は、電圧共振形コンバータを形成する一次側並列共振回路と、二次側直列共振回路とが同時に動作することによる相互作用が原因となっている。
Here, in the circuit of FIG. 1 as described above, the power conversion efficiency can be improved even if the series resonant circuit is formed on the secondary side. However, the secondary side series resonant circuit is simply provided. In such a case, an abnormal operation occurs during an intermediate load, making it difficult to put it to practical use.
When the secondary side series resonant circuit is combined with the primary side parallel resonant circuit as in the circuit of FIG. 1, the primary side switching current IQ1 is referred to as a so-called biting current, which is due to the positive polarity at the timing when the switching element Q1 is turned off. Current flows.
This biting current increases the switching loss and makes it impossible to obtain a stable ZVS (zero voltage switching) operation. In any case, when such an abnormal operation occurs, for example, a phase-gain characteristic of the constant voltage control circuit system is shifted, and a switching operation is performed in an abnormal oscillation state. And since these abnormal operation | movement arises, the practical use was made difficult.
Such an abnormal operation at the time of intermediate load is caused by an interaction caused by simultaneous operation of the primary side parallel resonance circuit forming the voltage resonance type converter and the secondary side series resonance circuit.

そこで、これに対し本実施の形態では、絶縁コンバータトランスPITの結合係数(総合結合係数kt)を従来よりも低い所定の値に設定するものとしている。
このように総合結合係数ktがより低く設定されることで、上記した一次側並列共振回路と二次側直列共振回路との間の相互作用は希薄となって、中間負荷時における異常動作も無くなっていくことになる。具体的には、上記したスイッチング電流IQ1のかみつき電流が観察されなくなり、通常のZVSに対応するの波形が得られることになる。そして、これによって上記した異常発振動作も解消できる。
このようにして図1に示した本実施の形態の構成では、一次側並列共振回路に対して二次側直列共振回路を組み合わせた構成を、実用化可能なものとして実現することができる。
Therefore, in the present embodiment, the coupling coefficient (total coupling coefficient kt) of the insulating converter transformer PIT is set to a predetermined value lower than that in the prior art.
By setting the total coupling coefficient kt to be lower in this way, the interaction between the primary side parallel resonance circuit and the secondary side series resonance circuit is diluted, and abnormal operation at the time of intermediate load is eliminated. It will follow. Specifically, the biting current of the switching current IQ1 is not observed, and a waveform corresponding to normal ZVS is obtained. This also eliminates the abnormal oscillation operation described above.
In this way, in the configuration of the present embodiment shown in FIG. 1, a configuration in which the secondary side series resonant circuit is combined with the primary side parallel resonant circuit can be realized as a practically usable one.

なお、本実施の形態の絶縁コンバータトランスPITが有する総合結合係数ktにまで疎結合の状態とすることは、従来の電圧共振形コンバータでは、一次側から二次側への電力伝送ロスの増加による電力変換効率の低下を招くということを理由に、これまで行われてこなかったという背景がある。
しかしながら、本実施の形態では、図6の実験結果としても示したように、対応負荷電力のほぼ全領域にわたって、非常に良好な電力変換効率特性を得ることができる。
これは、二次側に対しても共振回路(二次側並列共振回路及び二次側直列共振回路)を形成していることによる。すなわち、二次側共振回路を備えることで、先にも述べたように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可能となるものであり、疎結合とされたことによる電力変換効率の低下が補償されるものである。
Note that the loose coupling state up to the total coupling coefficient kt included in the insulating converter transformer PIT of the present embodiment is due to an increase in power transmission loss from the primary side to the secondary side in the conventional voltage resonance type converter. There is a background that has not been done so far because it leads to a decrease in power conversion efficiency.
However, in the present embodiment, as shown as the experimental result of FIG. 6, very good power conversion efficiency characteristics can be obtained over almost the entire range of the corresponding load power.
This is because a resonance circuit (secondary side parallel resonance circuit and secondary side series resonance circuit) is also formed on the secondary side. That is, by providing the secondary side resonance circuit, as described above, it is possible to supply power as the secondary side DC output voltage Eo including the increase in energy obtained by the resonance operation. Thus, a decrease in power conversion efficiency due to the loose coupling is compensated.

また、上記のようにして総合結合係数ktについてより低い値に設定することによっては、スイッチング電圧V1のピークレベルの上昇が抑えられるという実験結果が得られた。この点について以下で説明する。
先ず、スイッチング電圧V1のピークレベルV1−pは、
V1−p=Ei{(1+π/2)×(TON/TOFF)}
により表される。
この式より、ピークレベルV1−pは、整流平滑電圧(直流入力電圧)Eiの上昇(すなわちこの場合は交流入力電圧VACの上昇)に応じて上昇することが理解できる。また、これと共に「TON/TOFF」の値の上昇、すなわち1スイッチング周期内の期間TONの占める割合の増加に伴っても上昇することが理解できる。
Moreover, the experimental result that the raise of the peak level of switching voltage V1 was suppressed by setting to a lower value about the total coupling coefficient kt as mentioned above was obtained. This will be described below.
First, the peak level V1-p of the switching voltage V1 is
V1−p = Ei {(1 + π / 2) × (TON / TOFF)}
It is represented by
From this equation, it can be understood that the peak level V1-p increases as the rectified smoothing voltage (DC input voltage) Ei increases (that is, in this case, the AC input voltage VAC increases). In addition, it can be understood that the value increases as the value of “TON / TOFF” increases, that is, as the ratio of the period TON in one switching cycle increases.

先の図6の特性図より、「TON/TOFF」の値は、重負荷の条件となるに従って高くなり、最大負荷電力Pomax=200W時で最大となることがわかる。また、上記もしているようにピークレベルV1−pの値は交流入力電圧VACの上昇に伴って上昇するので、これらのことよりピークレベルV1−pの値は、交流入力電圧VAC及び負荷電力Poが最大となるときに最大値となることが理解できる。   From the characteristic diagram of FIG. 6, it can be seen that the value of “TON / TOFF” increases as the heavy load condition is reached, and becomes maximum at the maximum load power Pomax = 200 W. Since the value of the peak level V1-p increases as the AC input voltage VAC rises as described above, the value of the peak level V1-p depends on the AC input voltage VAC and the load power Po. It can be understood that the maximum value is obtained when becomes the maximum.

ここで、上記のようにしてピークレベルV1−pが負荷電力に応じて上昇する特性に着目すれば、図6に示した負荷変動に対する期間TONと期間TOFFの特性として、期間TOFFに対する期間TONの時間長がより少なくなれば、上記した「TON/TOFF」の値が小さくなるようにされ、この結果ピークレベルV1−pの上昇を抑制することができる。
特に、ピークレベルV1−pは最大交流入力電圧時に最大値となるので、ピークレベルV1−pの最大値側の抑制を図るにあたっては、図6中に破線により示すような最大交流入力電圧側での期間TONと期間TOFFの特性として、期間TONの割合がより小さくなる特性が得られればよい。
Here, if attention is paid to the characteristic that the peak level V1-p increases according to the load power as described above, the characteristic of the period TON with respect to the period TOFF is shown as the characteristic of the period TON and the period TOFF with respect to the load fluctuation shown in FIG. If the time length is further reduced, the above-described “TON / TOFF” value is decreased, and as a result, an increase in the peak level V1-p can be suppressed.
In particular, since the peak level V1-p has a maximum value at the maximum AC input voltage, in order to suppress the peak value V1-p on the maximum value side, on the maximum AC input voltage side as indicated by a broken line in FIG. As a characteristic of the period TON and the period TOFF, it is only necessary to obtain a characteristic in which the ratio of the period TON becomes smaller.

実験の結果、図1の構成において絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktの値を従来よりも低下させていくと、このような負荷変動に対する期間TONと期間TOFFの特性として、特に最大交流入力電圧側(この場合はワイドレンジ対応の構成であるのでAC200V系の入力時)で得られる特性において、期間TOFFと期間TONとの時比率の変化が大きくなり、その結果1スイッチング周期内の期間TONの占める割合が小さくなっていくという結果が得られた。すなわち、このように総合結合係数ktの値をより低く設定していくことで、特に最大交流入力電圧側で上記のような「TON/TOFF」の値をより小さくできるという結果が得られたものである。
このようにして、特に最大交流入力電圧側で「TON/TOFF」の値がより小さくなる特性が得られることで、最大交流入力電圧の入力時での「TON/TOFF」の値としてもより小さくなるようにされる。そして、このように最大交流入力電圧の入力時での「TON/TOFF」の値がより小さくなることで、スイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの最大値としてもこれに伴って低下することになる。
As a result of the experiment, when the value of the total coupling coefficient kt of the insulating converter transformer PIT in the configuration of FIG. In the characteristics obtained on the side (in this case, the AC 200V system is input because of the wide range configuration), the change in the time ratio between the period TOFF and the period TON becomes large, and as a result, the period TON within one switching cycle The result was that the proportion of the share decreased. That is, by setting the value of the total coupling coefficient kt lower in this way, the result that the value of “TON / TOFF” as described above can be further reduced particularly on the maximum AC input voltage side is obtained. It is.
In this way, since the characteristic that the value of “TON / TOFF” becomes smaller especially on the maximum AC input voltage side is obtained, the value of “TON / TOFF” when the maximum AC input voltage is input is also smaller. To be. As the value of “TON / TOFF” at the time of inputting the maximum AC input voltage becomes smaller in this way, the maximum value of the peak level V1-p of the switching voltage V1 is also lowered accordingly. Become.

このようにして結合係数ktの値を低下させたことに伴って、ピークレベルV1−pの最大値の抑制が図られることになる。
スイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの最大値の抑制が図られれば、その分スイッチング素子Q1に印加される電圧レベルも低減されるので、これによってスイッチング素子Q1としてはより低耐圧な部品を選定することができる。
より低耐圧な部品が選定できれば、素子サイズとしても小型となり、よって回路面積の削減を図ることができる。さらに、部品コストとしてもより低コストとなるのでこれに伴う回路製造コストの削減も図られる。
As the value of the coupling coefficient kt is lowered in this way, the maximum value of the peak level V1-p is suppressed.
If the maximum value of the peak level V1-p of the switching voltage V1 is suppressed, the voltage level applied to the switching element Q1 is also reduced accordingly, so that a part having a lower withstand voltage is selected as the switching element Q1. can do.
If a component with a lower breakdown voltage can be selected, the element size can be reduced, and the circuit area can be reduced. Further, since the component cost is lower, the circuit manufacturing cost can be reduced accordingly.

ここで、本実施の形態としては、総合結合係数ktとしてkt=0.57を設定しているが、このような総合結合係数ktの設定によって、この場合はスイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの最大値(最大交流入力電圧及び最大負荷電力時:この場合はVAC=264V・Po=200W時)を820Vにまで抑制することができる。
このようなピークレベルV1−pの最大値とされたことで、この場合のスイッチング素子Q1としては900Vの耐圧品を使用することができる。
Here, in the present embodiment, kt = 0.57 is set as the total coupling coefficient kt. However, according to the setting of the total coupling coefficient kt, in this case, the maximum peak level V1-p of the switching voltage V1 is set. The value (at the time of maximum AC input voltage and maximum load power: in this case VAC = 264V · Po = 200 W) can be suppressed to 820V.
With the maximum value of the peak level V1-p, a 900V withstand voltage product can be used as the switching element Q1 in this case.

続いては、図1の構成によって実現されるワイドレンジ対応化について説明する。
先ず、図1に示す電源回路は、二次側の共振回路として、上記直列共振回路と共に、並列共振回路を備える電圧共振形コンバータとしての構成を採っている。つまり、図1に示す電源回路としても、先の図12に示した従来の構成と同様に、一次側と二次側とのそれぞれに並列共振回路を備えていることに変わりはない。
ここで、ワイドレンジ対応化の観点では、このように一次側と二次側とに備えられるお互いの並列共振回路での相互作用が支配的なものとなる。これは、先の図6、及び図15に示したそれぞれのスイッチング周波数fsの特性から、この場合の定電圧制御動作としては、一次側並列共振回路と二次側並列共振回路とを組み合わせた構成(図12)のときと同様にスイッチング周波数fsが連続的に可変制御されていることからも理解できる。
従って以下、図1の構成におけるワイドレンジ対応化については、一次側並列共振回路に対して二次側並列共振回路のみが組み合わされた場合での定電圧制御特性を基にその説明を行う。
Next, the wide range correspondence realized by the configuration of FIG. 1 will be described.
First, the power supply circuit shown in FIG. 1 adopts a configuration as a voltage resonance type converter including a parallel resonance circuit together with the series resonance circuit as a secondary side resonance circuit. That is, the power supply circuit shown in FIG. 1 is also provided with a parallel resonant circuit on each of the primary side and the secondary side, as in the conventional configuration shown in FIG.
Here, from the viewpoint of wide range compatibility, the interaction between the parallel resonance circuits provided on the primary side and the secondary side is dominant. From the characteristics of the respective switching frequencies fs shown in FIG. 6 and FIG. 15, the constant voltage control operation in this case is a combination of the primary side parallel resonance circuit and the secondary side parallel resonance circuit. It can be understood from the fact that the switching frequency fs is continuously variably controlled as in the case of FIG.
Therefore, hereinafter, the wide-range support in the configuration of FIG. 1 will be described based on the constant voltage control characteristic when only the secondary side parallel resonant circuit is combined with the primary side parallel resonant circuit.

上記のようにして一次側と二次側とに並列共振回路が組み合わされているということは、絶縁コンバータトランスPITの電磁誘導を介してこれらの並列共振回路が形成されていることになる。このような構成を、一次側並列共振回路と二次側並列共振回路との関係によりみれば、スイッチング周波数fsに対応する周波数信号が入力される、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等価的にみることができる。
このようにして電磁結合形共振回路を含むとされる、図1の電源回路の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(総合結合係数kt)に応じて異なるものとなる。この点について図7を参照して説明する。
The combination of parallel resonant circuits on the primary side and the secondary side as described above means that these parallel resonant circuits are formed via electromagnetic induction of the insulating converter transformer PIT. If such a configuration is seen from the relationship between the primary side parallel resonance circuit and the secondary side parallel resonance circuit, a coupled resonance circuit by electromagnetic coupling is formed, to which a frequency signal corresponding to the switching frequency fs is input. Can be viewed as equivalent.
The constant voltage control characteristic for the secondary side DC output voltage Eo of the power supply circuit shown in FIG. Depending on it. This point will be described with reference to FIG.

図7は、上記した電磁結合形共振回路についての、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と二次側並列共振回路の共振周波数fo2とはおよそ同等となるように設定されているが、実際において、共振周波数fo1と共振周波数fo2とでは、共振周波数fo1のほうが若干高い周波数となっている。図7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、この場合は上記の共振周波数fo1,fo2の関係に対応させて、共振周波数fo1のほうが共振周波数fo2よりも高くなるものとして示している。
FIG. 7 shows the output characteristics with respect to the input (switching frequency signal) for the above-described electromagnetically coupled resonance circuit. 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 in FIG. 1, in this embodiment, the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit and the resonance frequency fo2 of the secondary side parallel resonance circuit are set to be approximately equal. Actually, the resonance frequency fo1 is slightly higher than the resonance frequency fo1. In FIG. 7, the horizontal axis indicating the switching frequency fs is shown corresponding to the resonance frequencies fo1 and fo2. In this case, the resonance frequency fo1 This is shown as being 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L1、及び二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2は、それぞれ、0であることになる。   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. In this case, the leakage inductance L1 of the primary winding N1 and the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 are 0 respectively.

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7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と二次側並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 2006262680
で表され、
周波数f2は、
Figure 2006262680
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、二次側並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 2006262680
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 the characteristic curve 1 in FIG. The resonance frequency fo1 and the resonance frequency fo2 of the secondary side parallel 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 2006262680
Represented by
The frequency f2 is
Figure 2006262680
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 parallel resonance circuit. It is a frequency determined by the impedance on the primary side and 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 2006262680
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7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 decreased from the state of kt = 1, that is, when the degree of loose coupling is gradually increased from the tightly coupled state, it is shown in 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7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≒0.6以下とされる疎結合の状態が設定されている。この総合結合係数kt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 reduced from the critical coupling state and the loose coupling state is strengthened, 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 to a loosely coupled state in which total coupling coefficient kt≈0.6 or less. In the setting of the total coupling coefficient kt, the operation is based on the single peak characteristic shown as the characteristic curve 3.

上記図7に示す単峰特性と、先に図16に示した従来の電源回路(図12)の定電圧制御特性とを実際に比較してみると、図16に示した特性は図7の特性に対して、二次関数的には相当に緩やかな傾斜となる。   When the unimodal characteristic shown in FIG. 7 is compared with the constant voltage control characteristic of the conventional power supply circuit (FIG. 12) shown in FIG. 16, the characteristic shown in FIG. For the characteristics, the slope is considerably gentler in terms of a quadratic function.

上記のようにして図16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、例えば交流入力電圧VAC=100Vの入力による単レンジ対応の条件下であっても、fs=117.6kHz〜208.3kHzで、Δfs=96.7kHzとなる。このため、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。   Since the characteristic shown in FIG. 16 is moderately curved as described above, the necessary control range of the switching frequency for performing constant voltage control on the secondary side DC output voltage Eo is, for example, AC input voltage VAC = 100V. Even under the condition corresponding to a single range by the input of fs = 117.6 kHz to 208.3 kHz, Δfs = 96.7 kHz. For this reason, as described above, it is very difficult to achieve a wide range only by constant voltage control by switching frequency control.

これに対し、本実施の形態の定電圧制御特性としては、上記図7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、例えば次の図8に示すものとなる。
図8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 shown by the characteristic curve 3 in FIG. 7, and the constant voltage control operation is, for example, as shown in FIG. Become.
In FIG. 8, the characteristic curves A and B at 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8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. 8, first, when the AC input voltage VAC = 100 V corresponding to the AC 100 V 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16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16に示されるΔfsと比較して相当に縮小されたものとなる。
また、これにより、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る。
確認のために、図1の電源回路において測定されたΔfs1、Δfs2、ΔfsAの実際は、それぞれ、
Δfs1=53.7kHz(=137.0kHz−83.3kHz)
Δfs2=43.5kHz(=153kHz−126kHz)
ΔfsA≒70 kHz(=153kHz−83.3kHz)
となる。
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 which 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.
This also changes 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). ) Will be correspondingly narrow.
For confirmation, the actual Δfs1, Δfs2, and ΔfsA measured in the power supply circuit of FIG.
Δfs1 = 53.7kHz (= 137.0kHz−83.3kHz)
Δfs2 = 43.5kHz (= 153kHz-126kHz)
ΔfsA ≒ 70 kHz (= 153kHz−83.3kHz)
It becomes.

そして、上記周波数可変範囲ΔfsAとしては、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。
このようにして、図1に示す本実施の形態の電源回路は、AC100V系とAC200V系の何れの商用交流電源入力にも対応して、適正にメイン直流電源である二次側直流出力電圧Eoを安定化可能とされている。つまり、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。
The frequency variable range ΔfsA is sufficiently within the variable range of the switching frequency corresponding to the current switching drive IC (oscillation / drive circuit 2). 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.
In this way, the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 1 is suitable for any AC 100 V system or AC 200 V system commercial AC power input, and the secondary side DC output voltage Eo that is a proper main DC power supply. Can be stabilized. In other words, wide range support is possible 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. This reduces the variable range (necessary control range) of the switching frequency necessary to stabilize the secondary side DC output voltage Eo as described above, and supports a wide range only by constant voltage control in switching frequency control. Is possible.

このようにして、AC100V系とAC200V系の各商用交流電源入力の条件の下で、定電圧制御のためのスイッチング周波数fsの必要制御範囲(Δfs)が縮小されることによっては、定電圧制御の応答性、制御感度も大幅に改善されることになる。
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12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 this way, the necessary control range (Δfs) of the switching frequency fs for constant voltage control is reduced under the conditions of AC 100 V system and AC 200 V system commercial AC power supply input. Responsiveness and control sensitivity will be greatly improved.
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 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.
For a device that operates as such a switching load, for example, when a power supply circuit having a relatively wide necessary control range Δfs as shown in FIG. 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 area for each single range, it is possible to quickly cope with a steep fluctuation between the maximum load power Po and no load. In response, the secondary side DC voltage Eo can be stabilized. That is, the response performance of the constant voltage control with respect to the switching load is greatly improved.

以上のようにして、本実施の形態のスイッチング電源回路では、一次側並列共振回路に対し二次側並列共振回路と二次側直列共振回路とを組み合わせた電圧共振形コンバータとして、絶縁コンバータトランスPITの総合結合係数ktについて疎結合とみなされる所定の値にまで低下させたことで、スイッチング周波数の可変制御のみによるワイドレンジ対応化を図ることができる。
また、上述したようにして二次側直列共振回路が組み合わされた構成とされたことで、先の図6に示した軽負荷の条件となるに従って上昇する特性によって従来よりも電力変換効率の向上が図れる。そして、この際、総合結合係数ktが上記のように所定以下に設定されていることで、二次側直列共振回路を組み合わせた場合での異常動作の防止が図られて、これを実用可能なものとして実現することができる。
さらには、一次側並列共振回路、二次側並列共振回路、二次側直列共振回路の各共振周波数fo1、fo2、fo3の設定によって、電力変換効率のさらなる向上が図られている。
As described above, in the switching power supply circuit of the present embodiment, the insulating converter transformer PIT is used as a voltage resonance type converter in which the secondary side parallel resonance circuit and the secondary side series resonance circuit are combined with the primary side parallel resonance circuit. By reducing the total coupling coefficient kt to a predetermined value that is regarded as loosely coupled, it is possible to achieve a wide range only by variable control of the switching frequency.
Further, since the secondary side series resonance circuit is combined as described above, the power conversion efficiency is improved as compared with the conventional case due to the characteristic that increases as the light load condition shown in FIG. Can be planned. At this time, since the total coupling coefficient kt is set to a predetermined value or less as described above, it is possible to prevent abnormal operation when the secondary side series resonance circuit is combined, and this is practical. Can be realized.
Furthermore, the power conversion efficiency is further improved by setting the resonance frequencies fo1, fo2, and fo3 of the primary side parallel resonance circuit, the secondary side parallel resonance circuit, and the secondary side series resonance circuit.

また、本実施の形態では、上記のようにして総合結合係数ktが疎結合とされる所定の値にまで低下されたことに伴って、特に最大交流入力電圧側でのオン期間TONの割合が低下してスイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの上昇が抑えられ、これによってスイッチング素子Q1の耐圧レベルの低下が図られる。このとき、総合結合係数ktとして上述したkt=0.57までに低下させることで、ピークレベルV1−pの最大値が820V程度に抑制され、これによってスイッチング素子Q1としては900Vの耐圧品を選定することができる。   Further, in the present embodiment, as the total coupling coefficient kt is reduced to a predetermined value that is loosely coupled as described above, the ratio of the ON period TON particularly on the maximum AC input voltage side is reduced. As a result, the peak level V1-p of the switching voltage V1 is suppressed from increasing, and the breakdown voltage level of the switching element Q1 is thereby reduced. At this time, by reducing the total coupling coefficient kt to kt = 0.57 described above, the maximum value of the peak level V1-p is suppressed to about 820V, and as a result, a 900V withstand voltage product is selected as the switching element Q1. Can do.

そして、このようなワイドレンジ対応化、高効率化、及びスイッチング電圧V1のピークレベルV1−pの抑制効果を実現するための基本構成としては、二次側並列共振回路を備える電圧共振形コンバータ(例えば従来の図12の構成)に対し、少なくとも絶縁コンバータトランスPITを所要以下の総合結合係数ktが得られる構造とし、さらに二次側直列共振回路形成のための二次側直列共振コンデンサC3を追加すればよいものであり、従って、部品点数の増加などによるコストアップ、回路の大型化、重量増加などを伴うことなくこれを実現できるというメリットもある。   As a basic configuration for realizing such wide-range compatibility, high efficiency, and the effect of suppressing the peak level V1-p of the switching voltage V1, a voltage resonance type converter including a secondary side parallel resonance circuit ( For example, compared to the conventional configuration shown in FIG. 12, at least the insulating converter transformer PIT has a structure capable of obtaining a total coupling coefficient kt below the required level, and a secondary series resonance capacitor C3 is added to form a secondary series resonance circuit. Therefore, there is also an advantage that this can be realized without increasing the cost due to an increase in the number of parts, increasing the size of the circuit, and increasing the weight.

また、上記のような比較的低い結合係数の値に低下させるにあたって、本実施の形態では絶縁コンバータトランスPITを先の図2或いは図4に示す構造とすることで、ギャップGの拡大を伴わずにこれを実現することができる。すなわち、これにより従来よりも低い結合係数の設定にあたっては、ギャップGを拡大する必要はないものとでき、渦電流損失による効率低下を有効に防止できる。   In order to reduce the coupling coefficient to a relatively low value as described above, in this embodiment, the insulating converter transformer PIT has the structure shown in FIG. This can be achieved. In other words, it is not necessary to enlarge the gap G when setting a coupling coefficient lower than that in the prior art, and it is possible to effectively prevent a decrease in efficiency due to eddy current loss.

続いては、本実施の形態の電源回路の変形例として、二次側整流回路のバリエーションを次の図9〜図11に示す。
図9は、本発明の第1の変形例としての電源回路の構成を示している。
なお、この図9から図11までの各図において、既に図1にて説明した部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。特に、一次側の構成については図1の場合と同様となるのでここでの説明は省略する。
Subsequently, as variations of the power supply circuit of the present embodiment, variations of the secondary side rectifier circuit are shown in FIGS.
FIG. 9 shows the configuration of a power supply circuit as a first modification of the present invention.
In addition, in each figure from this FIG. 9 to FIG. 11, the same part as the part already demonstrated in FIG. 1 is attached | subjected, and description is abbreviate | omitted. In particular, the configuration on the primary side is the same as in FIG.

この図9に示す電源回路は、二次側整流回路として倍圧全波整流回路を備える。
先ず、この場合としても、二次巻線N2に対しては並列に二次側並列共振コンデンサC2を接続している。
その上で、上記倍圧全波整流回路としては、先ず二次巻線N2について、図示するようにセンタータップを施すことで、このセンタータップを境界にして二次巻線部N2A,N2Bに2分割する。二次巻線部N2A,N2Bには、同じ所定巻数(ターン数)が設定される。
また、二次巻線N2における二次巻線部N2A側の端部に対しては、直列に二次側直列共振コンデンサC3Aを接続し、二次巻線N2における二次巻線部N2B側の端部に対しては、直列に二次側直列共振コンデンサC3Bを接続する。これにより、この場合の二次側においては、上記並列共振コンデンサC2の接続による二次側並列共振回路と共に、二次巻線部N2Aのリーケージインダクタンス成分と二次側直列共振コンデンサC3Aのキャパシタンスから成る第1の二次側直列共振回路と、二次巻線部N2Bのリーケージインダクタンス成分と二次側直列共振コンデンサC3Bのキャパシタンスから成る第2の二次側直列共振回路とが形成されることになる。
The power supply circuit shown in FIG. 9 includes a voltage doubler full wave rectifier circuit as a secondary side rectifier circuit.
First, also in this case, a secondary side parallel resonant capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2.
In addition, as the voltage doubler full-wave rectifier circuit, first, the secondary winding N2 is provided with a center tap as shown in the figure, and the secondary winding portions N2A and N2B are connected to the secondary winding portions N2A and N2B with the center tap as a boundary. To divide. The same predetermined number of turns (number of turns) is set in the secondary winding portions N2A and N2B.
Further, a secondary side series resonant capacitor C3A is connected in series to the end of the secondary winding N2 on the secondary winding portion N2A side, and the secondary winding N2 has a secondary winding portion N2B side end. A secondary side series resonant capacitor C3B is connected in series to the end. Thus, on the secondary side in this case, the secondary side resonance circuit by the connection of the parallel resonance capacitor C2 and the leakage inductance component of the secondary winding N2A and the capacitance of the secondary side series resonance capacitor C3A are formed. A first secondary side series resonance circuit and a second secondary side series resonance circuit composed of the leakage inductance component of the secondary winding N2B and the capacitance of the secondary side series resonance capacitor C3B are formed. .

そして、二次巻線N2における二次巻線N2A側の端部を、上記二次側直列共振コンデンサC3A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する。また、二次巻線N2における二次巻線N2B側の端部を、二次側直列共振コンデンサC3B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する。
整流ダイオードDo1,Do3の各カソードは、平滑コンデンサCoの正極端子に接続する。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、整流ダイオードDo2,Do4の各アノードの接続点と二次巻線N2のセンタータップについても、二次側アースに接続する。
The end of the secondary winding N2 on the secondary winding N2A side is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode Do1 and the cathode of the rectifier diode Do2 via the series connection of the secondary side series resonant capacitor C3A. Connect. Further, the end of the secondary winding N2 on the secondary winding N2B side is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode Do3 and the cathode of the rectifier diode Do4 via the series connection of the secondary side series resonant capacitor C3B. Connect.
The cathodes of the rectifier diodes Do1 and Do3 are 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.
Further, the connection points of the anodes of the rectifier diodes Do2 and Do4 and the center tap of the secondary winding N2 are also connected to the secondary side ground.

上記接続形態では、二次巻線部N2A,二次側直列共振コンデンサC3A、整流ダイオードDo1,Do2、及び平滑コンデンサCoから成る、第1の二次側直列共振回路を備える第1の倍圧半波整流回路と、二次巻線部N2B,二次側直列共振コンデンサC3B、整流ダイオードDo1,Do2、及び平滑コンデンサCoから成る、第2の二次側直列共振回路を備える第2の倍圧半波整流回路とが形成されることになる。
第1の倍圧半波整流回路では、二次巻線N2に誘起される交番電圧の、一方の極性の半周期の期間において、[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C3A→二次巻線部N2A]の整流電流経路により整流動作を行い、二次巻線部N2Aの交番電圧(V2)の電位により二次側直列共振コンデンサC3Aに対する充電を行う。他方の極性の半周期の期間において、[二次巻線部N2A→二次側直列共振コンデンサC3A→整流ダイオードDo1→平滑コンデンサCo→二次巻線部N2A]の整流電流経路により整流動作を行うことで、二次側直列共振コンデンサC3Aの両端電圧と二次巻線N2Aの交番電圧の重畳電位により、平滑コンデンサCoに対する充電を行う。
また、第2の倍圧半波整流回路は、二次巻線N2に誘起される交番電圧の、上記他方の極性の半周期の期間において、[二次巻線部N2B→整流ダイオードDo4→二次側直列共振コンデンサC3B→二次巻線部N2B]の整流電流経路により整流動作を行って、二次巻線部N2Aの交番電圧(V2で同等)の電位により、二次側直列共振コンデンサC3Bを充電し、上記一方の極性の半周期の期間において、[二次巻線部N2B→二次側直列共振コンデンサC3B→整流ダイオードDo3→平滑コンデンサCo→二次巻線部N2B]の整流電流経路により整流動作を行って、二次側直列共振コンデンサC3Bの両端電圧と二次巻線N2Bの交番電圧の重畳電位により平滑コンデンサCoに対する充電を行う。
In the above connection form, the first voltage-doubling half including the first secondary-side series resonance circuit including the secondary winding N2A, the secondary-side series resonance capacitor C3A, the rectifier diodes Do1 and Do2, and the smoothing capacitor Co. A second voltage-doubling half comprising a wave rectifier circuit and a second secondary side series resonant circuit comprising a secondary winding portion N2B, a secondary side series resonant capacitor C3B, rectifier diodes Do1, Do2 and a smoothing capacitor Co. A wave rectifier circuit is formed.
In the first voltage-doubling half-wave rectifier circuit, during the half-cycle period of one polarity of the alternating voltage induced in the secondary winding N2, [secondary winding portion N2A → rectifier diode Do2 → secondary series The rectification operation is performed by the rectification current path of the resonance capacitor C3A → secondary winding portion N2A], and the secondary side series resonance capacitor C3A is charged by the potential of the alternating voltage (V2) of the secondary winding portion N2A. In the period of the other half cycle, the rectification operation is performed by the rectification current path of [secondary winding part N2A → secondary series resonance capacitor C3A → rectifier diode Do1 → smoothing capacitor Co → secondary winding part N2A]. Thus, the smoothing capacitor Co is charged by the superimposed potential of the both-ends voltage of the secondary side series resonance capacitor C3A and the alternating voltage of the secondary winding N2A.
In addition, the second voltage-doubling half-wave rectifier circuit [secondary winding portion N2B → rectifier diode Do4 → second] in the half cycle period of the other polarity of the alternating voltage induced in the secondary winding N2. The secondary side series resonant capacitor C3B is rectified by the rectified current path of the secondary side series resonant capacitor C3B → secondary winding part N2B], and the secondary side series resonant capacitor C3B is driven by the alternating voltage (equivalent to V2) of the secondary winding part N2A. Rectified current path of [secondary winding portion N2B → secondary side series resonance capacitor C3B → rectifier diode Do3 → smoothing capacitor Co → secondary winding portion N2B] during the half cycle period of the one polarity. The smoothing capacitor Co is charged by the superimposed potential of the voltage across the secondary side series resonant capacitor C3B and the alternating voltage of the secondary winding N2B.

上記した整流動作によれば、平滑コンデンサCoに対しては、二次巻線N2の交番電圧の、一方の極性の半周期に対応しては、二次巻線部N2Bの誘起電圧と二次側直列共振コンデンサC3Bの両端電圧の重畳電位による整流電流の充電が行われ、他方の極性の半周期に対応しては、二次巻線部N2Aの誘起電圧と二次側直列共振コンデンサC3Aの両端電圧の重畳電位による整流電流の充電が行われることとなる。これにより、平滑コンデンサCoの両端電圧である二次側直流出力電圧Eoとしては、二次巻線部N2A,N2Bの誘起電圧レベル(V2)の2倍に対応するレベルが得られることになる。つまり、倍電圧全波整流回路が得られている。   According to the above rectifying operation, for the smoothing capacitor Co, the induced voltage of the secondary winding N2B and the secondary voltage corresponding to the half cycle of one polarity of the alternating voltage of the secondary winding N2 are applied. The rectified current is charged by the superimposed potential of the voltage across the side series resonant capacitor C3B, and the induced voltage of the secondary winding N2A and the secondary side series resonant capacitor C3A The rectified current is charged by the superimposed potential of the both-end voltage. As a result, a level corresponding to twice the induced voltage level (V2) of the secondary winding portions N2A and N2B is obtained as the secondary side DC output voltage Eo which is the voltage across the smoothing capacitor Co. That is, a voltage doubler full wave rectifier circuit is obtained.

なお、ここでは説明の便宜上、二次側並列共振コンデンサC2がないものとして整流電流経路を説明したが、実際の整流動作としては、二次側並列共振コンデンサC2を設けたことによる並列共振回路としての動作の影響を受けて行われる。このように実際に行われる整流動作によっても、生成される二次側直流出力電圧Eoとしては上記二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルが得られる。また、この場合としても各半周期に対応してそれぞれ平滑コンデンサCoに対する充電が行われるので、整流動作としては、倍圧全波整流動作が得られることに変わりはない。   Here, for convenience of explanation, the rectification current path has been described assuming that the secondary side parallel resonance capacitor C2 is not provided. However, as an actual rectification operation, a parallel resonance circuit is provided by providing the secondary side parallel resonance capacitor C2. It is performed under the influence of the operation. As a result of the rectification operation actually performed in this way, a level corresponding to twice the alternating voltage level excited in the secondary winding N2 is obtained as the generated secondary side DC output voltage Eo. Also in this case, charging to the smoothing capacitor Co is performed corresponding to each half cycle, so that the double voltage full wave rectification operation can be obtained as the rectification operation.

ここで、上記のようにして二次側整流回路について倍圧全波整流回路を備える図9の電源回路としても、絶縁コンバータトランスPITについては総合結合係数ktとしてkt≒0.6が設定され、一次側並列共振周波数fo1、二次側並列共振周波数fo2、二次側直列共振周波数fo3について、この場合としてもfo1≒fo2>fo3の関係が得られるようにして各共振周波数の設定を行っている。
これによってこの第1の変形例としての電源回路としても、スイッチング周波数制御のみによるワイドレンジ対応化が実現され、またスイッチング負荷に対する定電圧制御動作の応答性の向上が図られる。また、二次側直列共回路を組み合わせたことによる異常発振も防止され、AC→DC電力変換効率としても図1の場合と同様に向上が図られる。
さらには、図1の場合と同様に総合結合係数ktが所定値にまで低下されたことでピークレベルV1−pの最大値も同様に抑制される。
Here, also in the power supply circuit of FIG. 9 provided with the voltage doubler full wave rectifier circuit for the secondary side rectifier circuit as described above, kt≈0.6 is set as the total coupling coefficient kt for the isolated converter transformer PIT, With respect to the parallel resonance frequency fo1, the secondary side parallel resonance frequency fo2, and the secondary side series resonance frequency fo3, the respective resonance frequencies are set so that the relationship of fo1≈fo2> fo3 is obtained.
As a result, the power supply circuit as the first modification can be adapted to a wide range only by the switching frequency control, and the responsiveness of the constant voltage control operation to the switching load can be improved. Further, abnormal oscillation due to the combination of the secondary side series common circuit is also prevented, and the AC → DC power conversion efficiency is improved as in the case of FIG.
Further, as in the case of FIG. 1, the maximum value of the peak level V1-p is similarly suppressed by reducing the total coupling coefficient kt to a predetermined value.

図10は、第2の変形例としての電源回路の構成を示している。
第2の変形例では、二次側の整流平滑回路として4本の整流ダイオードDo1,Do2,Do3,Do4から成るブリッジ整流回路を備えたブリッジ全波整流回路を備えるものである。
この場合も、先ずは二次巻線N2に対して並列に並列共振コンデンサC2を接続している。また、二次巻線N2に対して直列に二次側直列共振コンデンサC3を接続している。
FIG. 10 shows a configuration of a power supply circuit as a second modification.
In the second modification, a bridge full-wave rectifier circuit including a bridge rectifier circuit including four rectifier diodes Do1, Do2, Do3, Do4 is provided as a secondary-side rectifier smoothing circuit.
Also in this case, first, a parallel resonant capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2. Further, a secondary side series resonant capacitor C3 is connected in series with the secondary winding N2.

そして、上記ブリッジ整流回路としては、整流ダイオードDo1のアノードと整流ダイオードDo2のカソードとの接続点が正極入力端子となり、整流ダイオードDo1のカソードと整流ダイオードDo3のカソードの接続点が正極出力端子となり、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が負極入力端子となり、整流ダイオードDo2のアノードと整流ダイオードDo4のアノードの接続点が負極出力端子となるようにして形成される。
上記ブリッジ整流回路の正極入力端子は、二次側直列共振コンデンサC3を介して二次巻線N2の巻き終わり端部と接続され、正極出力端子は平滑コンデンサCoの正極端子に接続される。負極入力端子は二次巻線N2の巻始め端部と接続され、負極出力端子は二次側アースと接続される。平滑コンデンサCoの負極端子も二次側アースに対して接続される。
In the bridge rectifier circuit, the connection point between the anode of the rectifier diode Do1 and the cathode of the rectifier diode Do2 is a positive input terminal, and the connection point of the cathode of the rectifier diode Do1 and the cathode of the rectifier diode Do3 is a positive output terminal. The connection point between the anode of the rectifier diode Do3 and the cathode of the rectifier diode Do4 is a negative input terminal, and the connection point between the anode of the rectifier diode Do2 and the anode of the rectifier diode Do4 is a negative output terminal.
The positive input terminal of the bridge rectifier circuit is connected to the winding end of the secondary winding N2 via the secondary side series resonant capacitor C3, and the positive output terminal is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co. The negative input terminal is connected to the winding start end of the secondary winding N2, and the negative output terminal is connected to the secondary side ground. The negative terminal of the smoothing capacitor Co is also connected to the secondary side ground.

このようにして形成される二次側整流回路では、二次巻線N2の交番電圧V2の一方の極性の半周期に対応しては、整流ダイオードDo1、整流ダイオードDo4が導通して整流を行って、整流電流ID1により平滑コンデンサCoに対する充電を行う。また、もう一方の半周期に対応しては、整流ダイオードDo2、整流ダイオードDo3が導通して整流を行い、整流電流ID2により平滑コンデンサCoに対する充電を行う。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の誘起電圧(V2)の等倍に対応するレベルの二次側直流出力電圧Eoを生成する。   In the secondary side rectifier circuit formed in this way, the rectifier diode Do1 and the rectifier diode Do4 conduct and perform rectification corresponding to the half cycle of one polarity of the alternating voltage V2 of the secondary winding N2. Thus, the smoothing capacitor Co is charged by the rectified current ID1. In correspondence with the other half cycle, the rectifier diode Do2 and the rectifier diode Do3 conduct and rectify, and the rectification current ID2 charges the smoothing capacitor Co. As a result, a secondary side DC output voltage Eo of a level corresponding to the same voltage as the induced voltage (V2) of the secondary winding N2 is generated as the voltage across the smoothing capacitor Co.

このような回路構成を採る図10の電源回路としても、絶縁コンバータトランスPITについては総合結合係数ktとしてkt≒0.6が設定され、一次側並列共振周波数fo1、二次側並列共振周波数fo2、二次側直列共振周波数fo3について、この場合としてもfo1≒fo2>fo3の関係が得られるようにして各共振周波数の設定を行っている。
これによって図10に示す第2の変形例の電源回路としても、スイッチング周波数制御のみによるワイドレンジ対応化が実現され、またスイッチング負荷に対する定電圧制御動作の応答性の向上が図られる。また、二次側直列共回路を組み合わせたことによる異常発振も防止され、AC→DC電力変換効率としても図1の場合と同様に向上が図られる。
さらには、図1の場合と同様に総合結合係数ktが所定値にまで低下されたことでピークレベルV1−pの最大値も同様に抑制される。
Also in the power supply circuit of FIG. 10 having such a circuit configuration, kt≈0.6 is set as the total coupling coefficient kt for the insulating converter transformer PIT, and the primary side parallel resonance frequency fo1, the secondary side parallel resonance frequency fo2, the secondary Regarding the side series resonance frequency fo3, each resonance frequency is set so that the relationship of fo1≈fo2> fo3 can be obtained even in this case.
As a result, the power supply circuit of the second modified example shown in FIG. 10 can be adapted to a wide range only by switching frequency control, and can improve the responsiveness of the constant voltage control operation to the switching load. Further, abnormal oscillation due to the combination of the secondary side series common circuit is also prevented, and the AC → DC power conversion efficiency is improved as in the case of FIG.
Further, as in the case of FIG. 1, the maximum value of the peak level V1-p is similarly suppressed by reducing the total coupling coefficient kt to a predetermined value.

図11は第3の変形例としての電源回路の構成を示している。
第3の変形例は、二次側の整流回路を4倍圧整流回路としたものである。
先ずこの場合としても、二次巻線N2に対しては並列に並列共振コンデンサC2を接続している。
そして、4倍圧整流回路としては、図示するようにして整流ダイオードDo1〜Do4による4つの整流ダイオードと、二次側直列共振コンデンサC3A、二次側直列共振コンデンサC3B、平滑コンデンサCo1、Co2とを備えて形成される。
この場合、二次巻線N2の一方の端部(巻き終わり端部)に対しては、図示するように二次側直列共振コンデンサC3A→整流ダイオードDo1(アノード→カソード)の直列接続を介し、平滑コンデンサCo1の正極端子が接続される。そして、この平滑コンデンサCo1の負極端子は、二次巻線N2の他方の端部(巻き終わり端部)に対して接続される。
また、これら平滑コンデンサCo1の負極端子と二次巻線N2の他方端部の接続点に対しては、平滑コンデンサCo2の正極端子が接続され、この平滑コンデンサCo2の負極端子が二次側アースに接続されている。
FIG. 11 shows a configuration of a power supply circuit as a third modification.
In the third modification, the secondary side rectifier circuit is a quadruple voltage rectifier circuit.
First, also in this case, a parallel resonant capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2.
The quadruple voltage rectifier circuit includes four rectifier diodes including rectifier diodes Do1 to Do4, a secondary side series resonance capacitor C3A, a secondary side series resonance capacitor C3B, and smoothing capacitors Co1 and Co2, as shown in the figure. Formed in preparation.
In this case, one end (end of winding) of the secondary winding N2 is connected via a series connection of a secondary side series resonant capacitor C3A → rectifier diode Do1 (anode → cathode) as shown in the figure. The positive terminal of the smoothing capacitor Co1 is connected. The negative terminal of the smoothing capacitor Co1 is connected to the other end (winding end) of the secondary winding N2.
Further, the positive terminal of the smoothing capacitor Co2 is connected to the connection point between the negative terminal of the smoothing capacitor Co1 and the other end of the secondary winding N2, and the negative terminal of the smoothing capacitor Co2 is connected to the secondary side ground. It is connected.

さらに、二次巻線N2の上記した一方の端部と二次側アースとの間には、二次側直列共振コンデンサC3B→整流ダイオードDo4(カソード→アノード)の直列接続回路を挿入している。
これら二次側直列共振コンデンサC3Bと整流ダイオードDo4との接続点に対しては、図示するようにして整流ダイオードDo3のアノードが接続される。そして、この整流ダイオードDo3のカソードは、上記した平滑コンデンサCo1・Co2の接続点と、二次巻線N2の上記した他方の端部との接続点に対して接続される。
さらに、この整流ダイオードDo3のカソードと二次巻線N2の他方の端部の接続点に対しては、整流ダイオードDo2のアノードが接続される。そして、整流ダイオードDo2のカソードは、上記した二次側直列共振コンデンサC3Aと整流ダイオードDo1の接続点に対して接続されている。
Further, a series connection circuit of a secondary side series resonance capacitor C3B → rectifier diode Do4 (cathode → anode) is inserted between the one end of the secondary winding N2 and the secondary side ground. .
The anode of the rectifier diode Do3 is connected to the connection point between the secondary side series resonant capacitor C3B and the rectifier diode Do4 as shown in the figure. The cathode of the rectifier diode Do3 is connected to the connection point between the connection point of the smoothing capacitors Co1 and Co2 and the other end of the secondary winding N2.
Further, the anode of the rectifier diode Do2 is connected to the connection point between the cathode of the rectifier diode Do3 and the other end of the secondary winding N2. The cathode of the rectifier diode Do2 is connected to the connection point between the secondary side series resonant capacitor C3A and the rectifier diode Do1.

上記構成による4倍圧整流回路において、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期では、整流電流は[二次巻線N2→整流ダイオードDo2→二次側直列共振コンデンサC3A→二次巻線N2]の循環経路によって流れる。また、同様に上記交番電圧の他方の半周期においても、整流電流は循環経路によって[二次巻線N2→二次側直列共振コンデンサC3B→整流ダイオードDo3→二次巻線N2]を流れる。
つまり、この場合としても、二次側直列共振コンデンサC3A、C3Bの両端には、それぞれ対応する半周期に、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルの直流電圧が得られることになる。
In the quadruple voltage rectifier circuit having the above configuration, in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current is [secondary winding N2 → rectifier diode Do2 → secondary series resonant capacitor C3A → It flows through the circulation path of the secondary winding N2]. Similarly, in the other half cycle of the alternating voltage, the rectified current flows through [secondary winding N2 → secondary series resonance capacitor C3B → rectifier diode Do3 → secondary winding N2] through the circulation path.
In other words, even in this case, the DC voltage at a level corresponding to the same voltage as the alternating voltage level excited in the secondary winding N2 is provided at both ends of the secondary side series resonant capacitors C3A and C3B in the corresponding half cycle. Will be obtained.

そして、この場合としても、各半周期において、整流電流は上記循環経路から分岐してそれぞれ以下のような経路によっても流れる。
先ず、交番電圧の上記した一方の半周期では、整流電流は分岐して[平滑コンデンサCo2→整流ダイオードDo4→二次側直列共振コンデンサC3B→二次巻線N2]の経路によっても流れる。このとき、先の循環経路により、この期間には上記二次側直列共振コンデンサC3Bが充電された状態にある。このため、上記のような整流電流経路によっては、上記平滑コンデンサCo2に対し、二次巻線N2に得られる交番電圧とこの二次側直列共振コンデンサC3Bの両端電圧の重畳分による電圧レベルにより充電が行われることになる。
つまり、これによって平滑コンデンサCo2には、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる直流電圧が生成されることになる。
Even in this case, the rectified current branches from the circulation path and flows through the following paths in each half cycle.
First, in one half cycle of the alternating voltage described above, the rectified current branches and also flows through the path [smoothing capacitor Co2 → rectifier diode Do4 → secondary series resonant capacitor C3B → secondary winding N2]. At this time, the secondary side series resonance capacitor C3B is charged during this period by the previous circulation path. For this reason, depending on the rectification current path as described above, the smoothing capacitor Co2 is charged with a voltage level due to the superposition of the alternating voltage obtained at the secondary winding N2 and the voltage across the secondary side series resonance capacitor C3B. Will be done.
That is, a smoothing capacitor Co2 generates a DC voltage having a level corresponding to twice the alternating voltage level excited by the secondary winding N2.

また、上記交番電圧の他方の半周期では、整流電流は分岐して[二次側直列共振コンデンサC3A→整流ダイオードDo1→平滑コンデンサCo1→二次巻線N2]の経路によっても流れ、この場合は先の循環経路によって二次側直列共振コンデンサC3Aに得られた両端電圧の重畳分を受けた二次巻線N2の交番電圧の電圧レベルにより、平滑コンデンサCo1に対する充電が行われることになる。
すなわち、これによって平滑コンデンサCo1としても、その両端電圧としては二次巻線N2に得られる交番電圧レベルの2倍に対応したレベルが得られる。
Further, in the other half cycle of the alternating voltage, the rectified current branches and flows through a path of [secondary side series resonant capacitor C3A → rectifier diode Do1 → smoothing capacitor Co1 → secondary winding N2]. The smoothing capacitor Co1 is charged according to the voltage level of the alternating voltage of the secondary winding N2 that has received the superimposed voltage across the secondary side series resonant capacitor C3A obtained by the previous circulation path.
In other words, even with the smoothing capacitor Co1, a voltage corresponding to twice the alternating voltage level obtained at the secondary winding N2 is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Co1.

このようにして、平滑コンデンサCo1と平滑コンデンサCo2の各両端には、それぞれ二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる直流電圧が生成される。そして、これによって平滑コンデンサCo1と平滑コンデンサCo2との直列接続の両端には、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの4倍に対応したレベルによる二次側直流出力電圧Eoが得られることになる。   In this manner, a DC voltage having a level corresponding to twice the alternating voltage level excited by the secondary winding N2 is generated at both ends of the smoothing capacitor Co1 and the smoothing capacitor Co2. As a result, a secondary side DC output voltage Eo having a level corresponding to four times the alternating voltage level excited in the secondary winding N2 is obtained at both ends of the series connection of the smoothing capacitor Co1 and the smoothing capacitor Co2. It will be.

なお、この場合としても説明の便宜上、二次側並列共振コンデンサC2がないものとして整流電流経路を説明したが、実際の整流動作としては、この場合も二次側並列共振コンデンサC2を設けたことによる並列共振回路としての動作の影響を受けて行われる。このように実際に行われる整流動作によっても、生成される二次側直流出力電圧Eoとしては上記二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの4倍に対応したレベルが得られるので、整流動作としては4倍圧整流動作が得られることに変わりはない。   In this case as well, for convenience of explanation, the rectification current path has been described assuming that there is no secondary side parallel resonance capacitor C2. However, as an actual rectification operation, the secondary side parallel resonance capacitor C2 is also provided in this case. This is performed under the influence of the operation as a parallel resonant circuit. As a result of the rectification operation actually performed as described above, the level corresponding to four times the alternating voltage level excited in the secondary winding N2 is obtained as the generated secondary side DC output voltage Eo. As an operation, a quadruple voltage rectification operation can be obtained.

上記回路構成を採る図11の電源回路としても、絶縁コンバータトランスPITについては総合結合係数ktとしてkt≒0.6が設定され、一次側並列共振周波数fo1、二次側並列共振周波数fo2、二次側直列共振周波数fo3について、この場合としてもfo1≒fo2>fo3の関係が得られるようにして各共振周波数の設定を行っている。
これによって図11の第3の変形例としての電源回路としても、スイッチング周波数制御のみによるワイドレンジ対応化が実現され、またスイッチング負荷に対する定電圧制御動作の応答性の向上が図られる。また、二次側直列共回路を組み合わせたことによる異常発振も防止され、AC→DC電力変換効率としても図1の場合と同様に向上が図られる。
さらには、図1の場合と同様に総合結合係数ktが所定値にまで低下されたことでピークレベルV1−pの最大値も同様に抑制される。
Also in the power supply circuit of FIG. 11 adopting the above circuit configuration, kt≈0.6 is set as the total coupling coefficient kt for the insulating converter transformer PIT, and the primary side parallel resonance frequency fo1, the secondary side parallel resonance frequency fo2, the secondary side series With respect to the resonance frequency fo3, each resonance frequency is set so that the relationship of fo1≈fo2> fo3 is obtained even in this case.
As a result, the power supply circuit as the third modified example of FIG. 11 can be adapted to the wide range only by the switching frequency control, and the response of the constant voltage control operation to the switching load can be improved. Further, abnormal oscillation due to the combination of the secondary side series common circuit is also prevented, and the AC → DC power conversion efficiency is improved as in the case of FIG.
Further, as in the case of FIG. 1, the maximum value of the peak level V1-p is similarly suppressed by reducing the total coupling coefficient kt to a predetermined value.

なお、二次側の整流平滑回路のバリエーションとしては、上記した図9〜図11以外の構成とすることも可能である。
但し、本実施の形態では、二次側に対して直列共振回路を組み合わせたものであり、従って直列共振動作が得られるように、二次巻線N2全体で各半周期に二次巻線電流が流される必要がある。このことから、半周期にしか二次巻線電流が流されない半波整流回路、及び両波整流回路は除外となる。
In addition, as a variation of the secondary side rectifying / smoothing circuit, a configuration other than those shown in FIGS. 9 to 11 can be used.
However, in the present embodiment, a series resonance circuit is combined with the secondary side, and therefore, the secondary winding current in each half cycle of the entire secondary winding N2 so as to obtain a series resonance operation. Need to be washed away. For this reason, the half-wave rectifier circuit and the double-wave rectifier circuit in which the secondary winding current flows only in a half cycle are excluded.

なお、本発明としては上記各実施の形態として示した構成に限定されるものではない。例えば、一次側電圧共振形コンバータの細部の回路形態などは他にも考えられる。また、スイッチング素子については、MOS−FET以外の素子を選定することも考えられる。また、上記各実施の形態では、他励式のスイッチングコンバータを挙げているが、自励式として構成した場合にも本発明は適用できる。   The present invention is not limited to the configurations shown as the above embodiments. For example, other detailed circuit configurations of the primary side voltage resonance type converter are conceivable. As the switching element, it may be possible to select an element other than the MOS-FET. In each of the above embodiments, a separately excited switching converter is cited, but the present invention can also be applied to a case where it is configured as a self-excited type.

本発明の実施の形態としての電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit as embodiment of this invention. 実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスの構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the insulation converter transformer with which the power supply circuit of embodiment is equipped. 図2に示す構造による絶縁コンバータトランスにおいて形成される磁路について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic path formed in the insulated converter transformer by the structure shown in FIG. 実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスの他の構造例とその磁路について示す図である。It is a figure shown about the other structural example of the insulation converter transformer with which the power supply circuit of embodiment is equipped, and its magnetic path. 実施の形態の電源回路の要部の動作をスイッチング周期により示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the principal part of the power supply circuit of embodiment by a switching period. 実施の形態の電源回路についての、負荷変動に対するAC→DC電力変換効率、スイッチング周波数、スイッチング素子のオン/オフ期間、スイッチング電圧のピークレベルの変動特性を示す図である。It is a figure which shows the fluctuation | variation characteristics of the AC-> DC power conversion efficiency with respect to load fluctuation | variation, switching frequency, the ON / OFF period of a switching element, and the peak level of a switching voltage about the power supply circuit of embodiment. 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 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. 第1の変形例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 1st modification. 第2の変形例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 2nd modification. 第3の変形例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 3rd modification. 従来例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 example. 図12に示した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図である。It is a figure which shows the structural example of the insulation converter transformer with which the power supply circuit shown in FIG. 12 is provided. 図12に示した電源回路の要部の動作を示す波形図である。FIG. 13 is a waveform diagram showing an operation of a main part of the power supply circuit shown in FIG. 12. 図12に示した電源回路についての、負荷変動に対するAC→DC電力変換効率、スイッチング周波数、スイッチング素子のオン/オフ期間の変動特性を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing fluctuation characteristics of AC → DC power conversion efficiency, switching frequency, and switching element on / off period with respect to load fluctuations for the power supply circuit shown in FIG. 12. 従来の電源回路についての定電圧制御特性を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the constant voltage control characteristic about the conventional power supply circuit.

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 平滑コンデンサ、Q1 スイッチング素子、PIT 絶縁コンバータトランス、CR1,CR2,CR3,CR4 E型コア、FSC1,FSC2 フェライトシートコア、Cr 一次側並列共振コンデンサ、N1 一次巻線、N2 二次巻線、C2 二次側並列共振コンデンサ、C3,C3A,C3B 二次側直列共振コンデンサ、Do1,Do2,Do3,Do4 整流ダイオード、Co (二次側)平滑コンデンサ、N2A,N2B 二次巻線部   1. Control circuit, 2. Oscillation / drive circuit, Di bridge rectifier circuit, Ci smoothing capacitor, Q1 switching element, PIT insulation converter transformer, CR1, CR2, CR3, CR4 E type core, FSC1, FSC2 ferrite sheet core, Cr primary side parallel Resonant capacitor, N1 primary winding, N2 secondary winding, C2 secondary side parallel resonant capacitor, C3, C3A, C3B secondary side series resonant capacitor, Do1, Do2, Do3, Do4 rectifier diode, Co (secondary side) Smoothing capacitor, N2A, N2B secondary winding

Claims (3)

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、該一次巻線に得られたスイッチング出力により交番電圧が誘起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスと、
少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線を含む漏洩インダクタンス成分と一次側並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て、上記スイッチング手段の動作を電圧共振形とする一次側並列共振回路と、
上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に対して並列となる関係により二次側並列共振コンデンサを接続することで、上記二次巻線を含む漏洩インダクタンス成分と、上記二次側並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る二次側並列共振回路と、
上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に対して直列となる関係により二次側直列共振コンデンサを接続することで、上記二次巻線を含む漏洩インダクタンス成分と、上記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る二次側直列共振回路と、
上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に誘起される交番電圧に基づき整流動作を行って、二次側直流出力電圧を生成するように構成された二次側直流出力電圧生成手段と、
上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、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を備え、
上記絶縁コンバータトランスは、一次側と二次側との結合係数が、
少なくとも上記一次側並列共振回路と上記二次側並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として単峰特性が得られ、且つ所定レベル以上の交流入力電圧入力時における上記スイッチング素子のオン期間の割合が所定以下となるようにして、疎結合とみなされる所定の値に設定され、
さらに、少なくとも所定の負荷条件の下で一定以上の電力変換効率が得られるようにして、上記一次側並列共振回路の共振周波数と上記二次側並列共振回路の共振周波数と上記二次側直列共振回路の共振周波数とが設定されている、
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;
Formed by winding at least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage is induced by the switching output obtained in the primary winding An isolated converter transformer,
A primary side parallel resonant circuit formed by at least a leakage inductance component including a primary winding of the insulating converter transformer and a capacitance of the primary side parallel resonant capacitor, and the operation of the switching means is a voltage resonant type;
By connecting a secondary side parallel resonant capacitor in parallel with the secondary winding of the insulating converter transformer, a leakage inductance component including the secondary winding and a capacitance of the secondary side parallel resonant capacitor A secondary parallel resonant circuit formed by
By connecting a secondary side series resonant capacitor in series with the secondary winding of the insulating converter transformer, a leakage inductance component including the secondary winding and a capacitance of the secondary side series resonant capacitor A secondary side series resonant circuit formed by
A secondary side DC output voltage generating means configured to perform a rectifying operation based on an alternating voltage induced in the secondary winding of the insulating converter transformer 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. And
The insulation converter transformer has a coupling coefficient between the primary side and the secondary side,
For an electromagnetically coupled resonant circuit formed with at least the primary side parallel resonant circuit and the secondary side parallel resonant circuit, a unimodal characteristic is obtained as an output characteristic for the input of a frequency signal having the switching frequency, And the ratio of the ON period of the switching element when an AC input voltage of a predetermined level or higher is input is set to a predetermined value that is regarded as loosely coupled,
Further, the power conversion efficiency of a certain level or more is obtained at least under a predetermined load condition, the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit, the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit, and the secondary side series resonance. The resonant frequency of the circuit is set,
A switching power supply circuit.
上記絶縁コンバータトランスは、
EE型コアの中央磁脚に対して上記一次巻線と上記二次巻線とが巻装された上で、上記中央磁脚に対してギャップが形成されると共に、上記EE型コアの外磁脚の所定位置において上記中央磁脚側に突出するようにしてフェライトシートコアが設けられている、
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 insulation converter transformer is
The primary winding and the secondary winding are wound around the central magnetic leg of the EE type core, a gap is formed with respect to the central magnetic leg, and the outer magnet of the EE type core is formed. A ferrite sheet core is provided so as to protrude toward the central magnetic leg at a predetermined position of the leg,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記絶縁コンバータトランスは、
EE型コアの一方の外磁脚に上記一次巻線が巻装され、他方の外磁脚に上記二次巻線が巻装されており、上記EE型コアの中央磁脚に対してギャップが形成されている、
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 insulation converter transformer is
The primary winding is wound around one outer magnetic leg of the EE core, and the secondary winding is wound around the other outer magnetic leg, and a gap is formed with respect to the central magnetic leg of the EE core. Formed,
The switching power supply circuit according to claim 1.
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