JP2006262683A - Switching power supply and control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング素子やトランスなどを使用して直流電源の電力を昇圧または降圧し負荷に供給するスイッチング電源装置に関し、特に、出力電力がゼロに近くなるときのスイッチング電源装置の駆動制御に関する。 The present invention relates to a switching power supply device that boosts or lowers the power of a DC power supply using a switching element, a transformer, and the like, and supplies the power to a load, and particularly relates to drive control of the switching power supply device when output power is close to zero.
図2(a)は、既存のスイッチング電源装置を示す図である。
図2(a)に示すスイッチング電源装置20は、トランス絶縁型のフルブリッジPWM(Pulse Width Modulation)スイッチング電源装置であって、直流電源21と、直流電源21の直流電力を交流電力に変換する変換回路22と、変換回路22で変換された交流電力を昇圧または降圧するトランス23と、ダイオード24〜27により構成されトランス23の出力を整流する整流回路28と、整流回路28の出力を平滑し負荷29に供給する平滑回路としてのコイル30と、変換回路22の駆動を制御する制御回路31とを備えて構成されている。
FIG. 2A shows an existing switching power supply device.
A switching power supply 20 shown in FIG. 2A is a transformer-insulated full-bridge PWM (Pulse Width Modulation) switching power supply, and includes a
上記変換回路22は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であるスイッチング素子32〜35により構成されている。すなわち、直流電源21の高電位側とスイッチング素子32とが接続され、直流電源21の低電位側とスイッチング素子33とが接続され、スイッチング素子32及び33が互いに直列に接続され、スイッチング素子32及び33の中点がトランス23の1次側コイルの一方の端子に接続されている。また、直流電源21の高電位側とスイッチング素子34とが接続され、直流電源21の低電位側とスイッチング素子35とが接続され、スイッチング素子34及び35が互いに直列に接続され、スイッチング素子34及び35の中点がトランス23の1次側コイルの他方の端子に接続されている。
The
上記制御回路31は、三角波と指令値との比較結果によりパルス信号S1を出力するパルス出力回路36と、パルス信号S1の各パルスを振り分けてパルス信号S2及びS3を出力するパルス振分け回路37と、パルス信号S2に基づいてスイッチング素子32及び35をオン、オフさせる駆動パルス信号S4を出力する駆動回路38と、パルス信号S3に基づいてスイッチング素子33及び34をオン、オフさせる駆動パルス信号S5を出力する駆動回路39とを備えて構成されている。
The
図2(b)は、パルス信号S1〜S3、駆動パルス信号S4,S5を示す図である。
図2(b)に示す例では、パルス信号S1は、指令値が三角波よりも小さいときハイレベル、指令値が三角波よりも大きいときローレベルとなるように生成されている。また、パルス信号S2は、パルス信号S1の連続する各パルスのうち偶数番目のパルスにより生成されている。また、パルス信号S3は、パルス信号S1の連続する各パルスのうち奇数番目のパルスにより生成されている。
FIG. 2B shows the pulse signals S1 to S3 and the drive pulse signals S4 and S5.
In the example shown in FIG. 2B, the pulse signal S1 is generated so as to be at a high level when the command value is smaller than the triangular wave and at a low level when the command value is larger than the triangular wave. In addition, the pulse signal S2 is generated by an even-numbered pulse among consecutive pulses of the pulse signal S1. The pulse signal S3 is generated by an odd-numbered pulse among consecutive pulses of the pulse signal S1.
そして、パルス信号S2に基づいて生成される駆動パルス信号S4がスイッチング素子32及び35に入力され、パルス信号S3に基づいて生成される駆動パルス信号S5がスイッチング素子33及び34に入力されることにより、スイッチング素子32及び35とスイッチング素子33及び35が交互にオン、オフする。
The drive pulse signal S4 generated based on the pulse signal S2 is input to the
ところで、負荷29から要求される電力が小さい場合などスイッチング電源装置20の出力電力がゼロに近くなるとき、駆動回路38及び39でそれぞれ使用される部品特性(主に、トランジスタの電流増幅率やMOSFETのオン閾値など)のバラツキによって、駆動回路38及び39がそれぞれ出す最小パルス幅に差が生じる場合がある。
By the way, when the output power of the switching power supply 20 is close to zero, for example, when the power required from the
図2(c)は、スイッチング電源装置20の出力電力がゼロに近くなるときのパルス信号S1〜S3、駆動パルス信号S4,S5を示す図である。
図2(c)に示すように、スイッチング電源装置20の出力電力がゼロに近くなるとき、駆動回路38及び39のそれぞれの部品特性のバラツキによって、駆動パルス信号S4のパルス幅が駆動パルス信号S5のパルス幅に比べて狭くなっている。そのため、駆動パルス信号S4のパルス幅が狭くなりすぎてスイッチング素子32及び35のオン期間と、スイッチング素子33及び34のオン期間に差が生じ、トランス23が偏磁してしまうおそれがある。
FIG. 2C is a diagram illustrating the pulse signals S1 to S3 and the drive pulse signals S4 and S5 when the output power of the switching power supply device 20 is close to zero.
As shown in FIG. 2C, when the output power of the switching power supply device 20 is close to zero, the pulse width of the drive pulse signal S4 varies depending on the component characteristics of the
そこで、例えば、トランス23が偏磁しないように、駆動パルス信号S4または駆動S5を調整することが行われている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
しかしながら、出力電力がゼロに近くなるときの部品特性のバラツキによる偏磁に関しては、考慮されていない。また、トランス23が偏磁しないように、駆動パルス信号S4またはS5を調整する場合では、その駆動パルス信号S4またはS5のそれぞれの調整が複雑になるため制御回路31の構成も複雑になるという問題がある。
Therefore, for example, the drive pulse signal S4 or the drive S5 is adjusted so that the
However, no consideration is given to the demagnetization due to variations in component characteristics when the output power is close to zero. Further, in the case where the drive pulse signal S4 or S5 is adjusted so that the
そこで、簡単な構成でトランス23を偏磁させないようにするために、例えば、図2(a)の破線で示すように、ダミー抵抗40をコイル30と負荷29との間に設けることが考えられる。
Therefore, in order to prevent the
これにより、スイッチング電源装置20の出力電力がゼロに近くなるときでも駆動パルス信号S4及びS5のそれぞれのパルスに、ある程度の幅をもたせることができるので、トランス23の偏磁を防ぐことができる。
しかしながら、コイル30と負荷29との間にダミー抵抗40を設けると、その分損失が増え電源効率が低下するという問題がある。
そこで、本発明は、簡単な構成で、かつ、ダミー抵抗を設けることなくトランスの偏磁を防止することが可能なスイッチング電源装置および制御回路を提供することを目的とする。
However, if the dummy resistor 40 is provided between the
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a switching power supply device and a control circuit that have a simple configuration and can prevent the bias of a transformer without providing a dummy resistor.
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明のスイッチング電源装置は、所定周波数で連続して入力されるパルスに基づいて第1及び第2のスイッチング素子が交互にオン、オフし直流電力を交流電力に変換する変換回路と、前記変換回路で変換された交流電力を昇圧または降圧するトランスと、前記トランスの出力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、入力されるパルスに基づいて前記第1及び第2のスイッチング素子を駆動させるための駆動パルスを出力する第1及び第2の駆動回路と、前記所定周波数でパルスを出力するパルス出力回路と、前記パルス出力回路から連続して出力される前記パルスを第1のパルスと第2のパルスに振分けるパルス振分け回路と、前記パルス振分け回路で振分けられた前記第1及び第2のパルスが前記第1及び第2の駆動回路のうちの一方に連続して出力された後、次に前記パルス振分け回路で振分けられた前記第1及び第2のパルスが前記第1及び第2の駆動回路のうちの他方に連続して出力されるように切り替える第1のスイッチと、前記第1及び第2の駆動回路のうちの一方に連続して出力された第1及び第2のパルスに基づいて前記第1及び第2の駆動回路のうちの一方から連続して出力された駆動パルスがそれぞれ前記第1及び第2のスイッチング素子に交互に出力された後、前記第1及び第2の駆動回路のうちの他方に連続して出力された第1及び第2のパルスに基づいて前記第1及び第2の駆動回路のうちの他方から連続して出力された駆動パルスがそれぞれ前記第1及び第2のスイッチング素子に交互に出力されるように、切り替える第2のスイッチと、前記第1及び第2のスイッチのそれぞれの切替動作を制御する切替制御回路とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
That is, the switching power supply device of the present invention includes a conversion circuit in which the first and second switching elements are alternately turned on and off based on pulses continuously input at a predetermined frequency to convert DC power into AC power; A transformer for stepping up or stepping down AC power converted by the conversion circuit, a rectifier circuit for rectifying the output of the transformer, a smoothing circuit for smoothing the output of the rectifier circuit, and the first pulse based on an input pulse. The first and second drive circuits that output drive pulses for driving the second switching element, the pulse output circuit that outputs pulses at the predetermined frequency, and the pulse output circuit continuously output the pulses. A pulse distribution circuit that distributes the pulse into a first pulse and a second pulse; and the first and second pulses distributed by the pulse distribution circuit After being continuously output to one of the first and second drive circuits, the first and second pulses distributed by the pulse distribution circuit are then transmitted to the first and second drive circuits. A first switch that switches to the other one of the first and second driving circuits, and the first and second pulses that are continuously output to one of the first and second drive circuits. After drive pulses continuously output from one of the first and second drive circuits are alternately output to the first and second switching elements, respectively, the first and second drive circuits Drive pulses continuously output from the other of the first and second drive circuits based on the first and second pulses output continuously to the other one of the first and second pulses, respectively. To be output alternately to the switching element Characterized in that it comprises a second switch for switching, and a switching control circuit for controlling the respective switching operations of the first and second switches.
このように、第1のスイッチング素子に入力される駆動パルスと次に第2のスイッチング素子に入力される駆動パルスとが同じ駆動回路から出力される駆動パルスとなるように構成しているので、第1及び第2のスイッチング素子にそれぞれ交互に入力される駆動パルスの幅の偏りがなくなる。これにより、トランスが偏磁することを防止することができる。また、既存のスイッチング電源装置に第1及び第2のスイッチ及び切替制御回路を備えるだけの簡単な構成でダミー抵抗を設けることなくトランスの偏磁を防止することができる。 In this way, the drive pulse input to the first switching element and the drive pulse input to the second switching element are configured to be the drive pulse output from the same drive circuit. There is no deviation in the width of the drive pulse that is alternately input to the first and second switching elements. Thereby, it can prevent that a transformer demagnetizes. In addition, it is possible to prevent the biasing of the transformer without providing a dummy resistor with a simple configuration in which the existing switching power supply device includes only the first and second switches and the switching control circuit.
また、本発明のスイッチング電源装置は、所定周波数で連続して入力されるパルスに基づいて第1及び第2のスイッチング素子が交互にオン、オフし直流電力を交流電力に変換する変換回路と、前記変換回路で変換された交流電力を昇圧または降圧するトランスと、前記トランスの出力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、入力されるパルスに基づいて前記第1及び第2のスイッチング素子を駆動させるための駆動パルスを出力する第1及び第2の駆動回路と、前記所定周波数でパルスを出力するパルス出力回路と、前記パルス出力回路から連続して出力された第1及び第2のパルスが前記第1の駆動回路に連続して出力された後、次に前記パルス出力回路から連続して出力された前記第1及び第2のパルスが前記第2の駆動回路に連続して出力されるように切り替える第1のスイッチと、前記第1の駆動回路に連続して出力された第1及び第2のパルスに基づいて前記第1の駆動回路から連続して出力された駆動パルスがそれぞれ前記第1及び第2のスイッチング素子に交互に出力された後、前記第2の駆動回路に連続して出力された前記第1及び第2のパルスに基づいて前記第2の駆動回路から連続して出力された駆動パルスがそれぞれ前記第1及び第2のスイッチング素子に交互に出力されるように、切り替える第2のスイッチと、前記第1及び第2のスイッチのそれぞれの切替動作を制御する切替制御回路とを備えることを特徴とする。 Further, the switching power supply device of the present invention includes a conversion circuit in which the first and second switching elements are alternately turned on and off based on pulses continuously input at a predetermined frequency to convert DC power into AC power; A transformer for stepping up or stepping down the AC power converted by the conversion circuit, a rectifier circuit for rectifying the output of the transformer, a smoothing circuit for smoothing the output of the rectifier circuit, and the first pulse based on an input pulse. The first and second drive circuits for outputting drive pulses for driving the second switching element, the pulse output circuit for outputting pulses at the predetermined frequency, and the pulse output circuit for continuous output. After the first and second pulses are continuously output to the first drive circuit, the first and second pulses continuously output from the pulse output circuit are A first switch for switching to be continuously output to the second drive circuit, and the first drive based on the first and second pulses continuously output to the first drive circuit. The drive pulses continuously output from the circuit are alternately output to the first and second switching elements, respectively, and then the first and second pulses are continuously output to the second drive circuit. And a second switch for switching so that the driving pulses continuously output from the second driving circuit are alternately output to the first and second switching elements, respectively. And a switching control circuit for controlling each switching operation of the two switches.
これにより、上記本発明のスイッチング電源装置に比べて、パルス振分け回路が無くなる分回路規模を小さくすることができる。
また、上記切替制御回路は、前記第1及び第2のスイッチを、それぞれ、前記所定周波数の偶数倍周期で切替動作させるように構成してもよい。
Thereby, compared with the switching power supply device of the present invention, the circuit scale can be reduced by eliminating the pulse distribution circuit.
The switching control circuit may be configured to switch the first and second switches at an even multiple of the predetermined frequency.
これにより、第1及び第2のスイッチを任意のタイミングで切替動作させることができるので、回路設計の自由度を向上させることができる。
また、本発明のスイッチング電源装置は、所定周波数で連続して入力されるパルスに基づいて第1及び第2のスイッチング素子が交互にオン、オフし直流電力を交流電力に変換する変換回路と、前記変換回路で変換された交流電力を昇圧または降圧するトランスと、前記トランスの出力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、入力されるパルスに基づいて前記第1及び第2のスイッチング素子を駆動させるための駆動パルスを出力する第1及び第2の駆動回路と、前記所定周波数でパルスを出力するパルス出力回路と、駆動パルス切替スイッチと、前記駆動パルス切替スイッチを制御する切替制御回路を備え、前記駆動パルス切替スイッチは、少なくとも前記第1の駆動回路から出力される駆動パルスを第1のスイッチング素子へ出力する接続状態と第2のスイッチング素子へ出力する接続状態に切り替えるとともに、前記第2の駆動回路から出力される駆動パルスを第2のスイッチング素子へ出力する接続状態と第1のスイッチング素子へ出力する接続状態に切り替え、前記切替制御回路は、前記所定周波数の周期の偶数倍の期間内において第1の駆動回路から出力される駆動パルスよって第1のスイッチング素子がオンする期間と第2のスイッチング素子がオンする期間を等しくすると共に、第2の駆動回路から出力される駆動パルスよって第1のスイッチング素子がオンする期間と第2のスイッチング素子がオンする期間を等しくするように、前記駆動パルス切替スイッチを制御することを特徴とする。
Accordingly, the first and second switches can be switched at an arbitrary timing, so that the degree of freedom in circuit design can be improved.
Further, the switching power supply device of the present invention includes a conversion circuit in which the first and second switching elements are alternately turned on and off based on pulses continuously input at a predetermined frequency to convert DC power into AC power; A transformer for stepping up or stepping down the AC power converted by the conversion circuit, a rectifier circuit for rectifying the output of the transformer, a smoothing circuit for smoothing the output of the rectifier circuit, and the first pulse based on an input pulse. First and second drive circuits that output drive pulses for driving the second switching elements, a pulse output circuit that outputs pulses at the predetermined frequency, a drive pulse changeover switch, and the drive pulse changeover switch A switching control circuit for controlling the driving pulse, wherein the driving pulse selector switch receives at least a driving pulse output from the first driving circuit. The connection state for outputting to the switching element and the connection state for outputting to the second switching element and the connection state for outputting the drive pulse output from the second drive circuit to the second switching element and the first switching are switched. The switching control circuit switches to a connection state that outputs to the element, and the switching control circuit includes a period during which the first switching element is turned on by the drive pulse output from the first drive circuit within a period that is an even multiple of the cycle of the predetermined frequency. The switching elements of the two switching elements are made equal to each other, and the period in which the first switching elements are turned on and the period in which the second switching elements are turned on by the drive pulse output from the second driving circuit are made equal. The drive pulse selector switch is controlled.
この場合、第1の駆動回路による第1のスイッチング素子に入力される駆動パルスのオン期間と第2のスイッチング素子に入力される駆動パルスのオン期間とが同じになり、第2の駆動回路による第1のスイッチング素子に入力される駆動パルスのオン期間と第2のスイッチング素子に入力される駆動パルスのオン期間とが同じになるように制御されるので、トランスが偏磁することを防止することができる。 In this case, the ON period of the drive pulse input to the first switching element by the first drive circuit is the same as the ON period of the drive pulse input to the second switching element, and the second drive circuit Since the ON period of the drive pulse input to the first switching element is controlled to be the same as the ON period of the drive pulse input to the second switching element, the transformer is prevented from being demagnetized. be able to.
また、本発明は、第1及び第2のスイッチング素子が交互にオン、オフしてトランスに交流電力を伝達する電力変換回路の制御回路としても捉えることが出来る。 The present invention can also be understood as a control circuit for a power conversion circuit in which the first and second switching elements are alternately turned on and off to transmit AC power to the transformer.
本発明によれば、簡単な構成でダミー抵抗を設けることなくトランスの偏磁を防止することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent biasing of the transformer without providing a dummy resistor with a simple configuration.
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図1(a)は、本発明の実施形態のスイッチング電源装置を示す図である。なお、図1(a)において、図2(a)に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a diagram illustrating a switching power supply device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1A, the same components as those shown in FIG.
図1(a)に示すスイッチング電源装置1は、直流電源21と、変換回路22と、トランス23と、整流回路28と、平滑回路としてのコイル30と、制御回路2とを備えて構成されている。
A switching
上記制御回路2は、入力される指令値及び三角波に基づいてパルス信号S1を出力するパルス出力回路36と、パルス出力回路36から出力されるパルス信号S1の連続するパルスを交互に振分けてパルス信号S2及びパルス信号S3を出力するパルス振分け回路37と、パルス信号S4を出力する駆動回路38(第1の駆動回路)と、パルス信号S5を出力する駆動回路39(第2の駆動回路)と、パルス振分け回路37と駆動回路38及び39との間に設けられるスイッチ3−1及び3−2(第1のスイッチ)と、駆動回路38及び39とスイッチング素子32〜35との間に設けられるスイッチ4−1及び4−2(第2のスイッチ、駆動パルス切替スイッチ)と、スイッチ3−1、3−2、4−1、及び4−2のそれぞれの切替動作を制御するための切替信号SW1を出力する切替制御回路5とを備えて構成されている。
The
なお、スイッチング素子32〜35は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などMOSFETに限定されない。また、スイッチング素子32及び35は、特許請求の範囲の第1のスイッチング素子に相当するものとする。また、スイッチング素子33及び34は、特許請求の範囲の第2のスイッチング素子に相当するものとする。また、スイッチ3−1及び3−2とスイッチ4−1及び4−2は、互いに連動しており、パルス信号S1を生成する際に使用される三角波の2倍周期に同期しているものとする。また、切替制御回路5は、例えば、カウンタやフリップフロップなどにより構成してもよい。
The switching
上記スイッチ3−1の一方の端子は、パルス振分け回路37のパルス信号S2を出力する端子に常時接続され、他方の端子は、切替信号SW1に基づいて、駆動回路38または39に接続される。また、スイッチ3−2の一方の端子は、パルス振分け回路37のパルス信号S3を出力する端子に常時接続され、他方の端子は、切替信号SW1に基づいて、駆動回路38または39に接続される。すなわち、スイッチ3−1が駆動回路38に接続されるとき、スイッチ3−2は、駆動回路39と接続され、スイッチ3−1が駆動回路39と接続されるとき、スイッチ3−2は、駆動回路38と接続される。
One terminal of the switch 3-1 is always connected to the terminal that outputs the pulse signal S2 of the
また、上記スイッチ4−1の一方の端子は、駆動回路38と常時接続され、他方の端子は、切替信号SW1に基づいて、スイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子またはスイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に接続される。また、スイッチ4−2の一方の端子は、駆動回路39と常時接続され、他方の端子は、切替信号SW1に基づいて、スイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子またはスイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に接続される。すなわち、スイッチ4−1がスイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子に接続されるとき、スイッチ4−2は、スイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に接続され、スイッチ4−1がスイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に接続されるとき、スイッチ4−2は、スイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子に接続される。
One terminal of the switch 4-1 is always connected to the drive circuit 38, and the other terminal is connected to the gate terminals of the switching
図1(b)は、スイッチング電源装置1の出力電力がゼロに近くなるときのパルス信号S1〜S3、駆動パルス信号S4,S5を示す図である。なお、図1(b)に示す最上段は、スイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子に入力される駆動パルス信号を示し、2段目は、スイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に入力される駆動パルス信号を示している。
FIG. 1B is a diagram illustrating the pulse signals S1 to S3 and the drive pulse signals S4 and S5 when the output power of the switching
なお、図1(b)に示す例では、スイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子に同じ幅の駆動パルスが入力され、スイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子にも同じ幅の駆動パルスが入力されるように示されているが、実際には、スイッチング素子32のソース電圧とスイッチング素子33のソース電圧とが異なり、スイッチング素子34のソース電圧とスイッチング素子35のソース電圧とが異なる。そのため、スイッチング素子32のゲート端子に印加される電位とスイッチング素子33のゲート端子に印加される電位とが異なり、スイッチング素子34のゲート端子に印加される電位とスイッチング素子35のゲート端子に印加される電位とが異なるように、スイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子に入力される駆動パルスにおいてレベルシフトが行われ、スイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に入力される駆動パルスにおいてもレベルシフトが行われる。
In the example shown in FIG. 1B, drive pulses having the same width are input to the gate terminals of the switching
まず、パルス出力回路36から出力されるパルス信号S1の連続する各パルス(S1−1〜S1−4)のうち第1番目のパルスS1−1(第1のパルス)がパルス振分け回路37によりパルス信号S3の第1番目のパルスとして振り分けられるとき、スイッチ3−1が駆動回路38に接続されると共に、スイッチ3−2が駆動回路39に接続される(スイッチ3−1及び3−2が「左」)。また、スイッチ4−1がスイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子に接続されると共に、スイッチ4−2がスイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に接続される(スイッチ4−1及び4−2が「左」)。そのため、パルス信号S3の第1番目のパルスは、スイッチ3−2を介して駆動回路39に出力される。駆動回路39は、パルス信号S3の第1番目のパルスに基づいて、駆動パルス信号S5の第1番目のパルスを出力する。そして、駆動回路39から出力される駆動パルス信号S5の第1番目のパルスは、スイッチ4−2を介してスイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に出力される。
First, of the continuous pulses (S1-1 to S1-4) of the pulse signal S1 output from the
次に、パルス信号S1の第2番目のパルスS1−2(第2のパルス)がパルス振分け回路37によりパルス信号S2の第1番目のパルスとして振り分けられるとき、スイッチ3−1が駆動回路39に接続されると共に、スイッチ3−2が駆動回路38に接続される(スイッチ3−1及び3−2が「右」)。また、スイッチ4−1がスイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に接続されると共に、スイッチ4−2がスイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子に接続される(スイッチ4−1及び4−2が「右」)。そのため、パルス信号S2の第1番目のパルスは、スイッチ3−1を介して駆動回路39に出力される。駆動回路39は、パルス信号S2の第1番目のパルスに基づいて、駆動パルス信号S5の第2番目のパルスを出力する。そして、駆動回路39から出力される駆動パルス信号S5の第2番目のパルスは、スイッチ4−2を介してスイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子に出力される。
Next, when the second pulse S1-2 (second pulse) of the pulse signal S1 is distributed as the first pulse of the pulse signal S2 by the
次に、パルス信号S1の第3番目のパルスS1−3(第1のパルス)がパルス振分け回路37によりパルス信号S3の第2番目のパルスとして振り分けられるとき、スイッチ3−1が駆動回路39に接続されると共に、スイッチ3−2が駆動回路38に接続される(スイッチ3−1及び3−2が「右」)。また、スイッチ4−1がスイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に接続されると共に、スイッチ4−2がスイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子に接続される(スイッチ4−1及び4−2が「右」)。そのため、パルス信号S3の第2番目のパルスは、スイッチ3−2を介して駆動回路38に出力される。駆動回路38は、パルス信号S3の第2番目のパルスに基づいて、駆動パルス信号S4の第1番目のパルスを出力する。そして、駆動回路38から出力される駆動パルス信号S4の第1番目のパルスは、スイッチ4−1を介してスイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に出力される。
Next, when the third pulse S1-3 (first pulse) of the pulse signal S1 is distributed as the second pulse of the pulse signal S3 by the
そして、パルス信号S1の第4番目のパルスS1−4(第2のパルス)がパルス振分け回路37によりパルス信号S2の第2番目のパルスとして振り分けられるとき、スイッチ3−1が駆動回路38に接続されると共に、スイッチ3−2が駆動回路39に接続される(スイッチ3−1及び3−2が「左」)。また、スイッチ4−1がスイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子に接続されると共に、スイッチ4−2がスイッチング素子33及び34のそれぞれのゲート端子に接続される(スイッチ4−1及び4−2が「左」)。そのため、パルス信号S2の第2番目のパルスは、スイッチ3−1を介して駆動回路38に出力される。駆動回路38は、パルス信号S2の第2番目のパルスに基づいて、駆動パルス信号S4の第2番目のパルスを出力する。そして、駆動回路38から出力される駆動パルス信号S4の第2番目のパルスは、スイッチ4−1を介してスイッチング素子32及び35のそれぞれのゲート端子に出力される。
When the fourth pulse S1-4 (second pulse) of the pulse signal S1 is distributed as the second pulse of the pulse signal S2 by the
このように、スイッチ3−1、3−2、4−1、及び4−2のそれぞれの切替動作を制御しているので、スイッチング素子32及び35に入力される駆動パルスと次にスイッチング素子33及び34に入力される駆動パルスとを同じ駆動回路から出力される駆動パルスとすることができる。そのため、スイッチング素子32及び35に入力される駆動パルス幅と次にスイッチング素子33及び34に入力される駆動パルスの幅を常にほぼ同じにすることができるので、スイッチング素子32及び35に入力される駆動パルス幅と次にスイッチング素子33及び34に入力される駆動パルスの幅の偏りをなくすことができる。
As described above, since the switching operations of the switches 3-1, 3-2, 4-1, and 4-2 are controlled, the drive pulse input to the
見方を変えると、スイッチ4−1、4−2のそれぞれの切替動作を、駆動回路38によるスイッチング素子32及び35に入力される駆動パルスのオン期間とスイッチング素子33及び34に入力される駆動パルスのオン期間が同じになり、駆動回路39によるスイッチング素子32及び35に入力される駆動パルスのオン期間とスイッチング素子33及び34に入力される駆動パルスのオン期間が同じになるように制御しているので、スイッチング素子32及び35に入力される駆動パルス幅とスイッチング素子33及び34に入力される駆動パルスの幅の偏りをなくすことができる。
In other words, the switching operation of each of the switches 4-1 and 4-2 is performed according to the ON period of the driving pulse input to the
これにより、駆動回路38及び39でそれぞれ使用される部品特性にバラツキがあり、スイッチング電源装置1の出力電力がゼロに近くなるときでも、スイッチング素子32及び35がオン、オフするときは、スイッチング素子33及び34もオン、オフさせ、スイッチング素子32及び35がオン、オフしないときは、スイッチング素子33及び34もオン、オフさせないようにすることができるので、トランス23の偏磁を防止することができる。また、既存のスイッチング電源装置20にスイッチ3−1及び3−2、スイッチ4−1及び4−2、並びに切替制御回路5を備えるだけの簡単な構成でダミー抵抗40を設けることなくトランス23の偏磁を防止することができる。
As a result, there are variations in the component characteristics used in the
なお、上記実施形態では、パルス振分け回路37から出力されるパルス信号S2の各パルスの出力先をスイッチ3−1により駆動回路38または39に切り替え、パルス振分け回路37から出力されるパルス信号S3の各パルスの出力先をスイッチ3−2により駆動回路38または39に切り替える構成であるが、パルス振分け回路37を無くし、かつ、パルス出力回路36と駆動回路38及び39との間に新たなスイッチを設け、そのスイッチによりパルス信号S1の各パルスの出力先を駆動回路38または39に切り替えるように構成してもよい。なお、パルス出力回路36と駆動回路38及び39との間に設ける新たなスイッチは、特許請求の範囲の第1のスイッチに相当するものとし、切替信号SW1により切替動作が制御されるものとする。これにより、パルス振分け回路37が無くなる分スイッチング電源装置1の回路規模を小さくすることができる。
In the above embodiment, the output destination of each pulse of the pulse signal S2 output from the
また、上記実施形態では、スイッチ3−1、3−2、4−1、及び4−2がそれぞれ三角波の2倍周期に同期して切替動作する構成であるが、スイッチ3−1、3−2、4−1、及び4−2がそれぞれ三角波の任意の偶数倍周期(2倍周期、4倍周期、6倍周期、・・・)に同期して切替動作するように構成してもよい。すなわち、本実施形態では2周期ごとに駆動パルスの幅の偏りが無くなるように切替動作させているが、トランス23の動作に支障がなければ、任意の偶数倍周期ごとに駆動パルスの幅の偏りが無くなるように切替動作させてもよい。これにより、スイッチ3−1、3−2、4−1、及び4−2を任意のタイミングで切替動作させることができるので、回路設計の自由度を向上させることができる。
In the above embodiment, the switches 3-1, 3-2, 4-1, and 4-2 are configured to perform switching operations in synchronization with the double period of the triangular wave. 2, 4-1, and 4-2 may be configured to perform switching operation in synchronization with any even-numbered period of the triangular wave (2 times period, 4 times period, 6 times period,...). . That is, in this embodiment, the switching operation is performed so that the drive pulse width is not biased every two cycles. However, if there is no problem in the operation of the
また、上記実施形態では、スイッチング素子32〜35を使用してフルブリッジコンバータを形成することにより変換回路22を構成しているが、スイッチング素子32及び33と2つのコンデンサとを使用してハーフブリッジコンバータを形成することにより変換回路22を構成してもよい。すなわち、スイッチング素子34及び35をそれぞれコンデンサに置き換えて変換回路22を構成してもよい。このとき、スイッチング素子32は、特許請求の範囲の第1のスイッチング素子に相当し、スイッチング素子33は、特許請求の範囲の第2のスイッチング素子に相当するものとする。また、駆動パルス信号S4の各パルスの出力先は、スイッチ4−1によりスイッチング素子32または33に切り替えられ、駆動パルス信号S5の各パルスの出力先は、スイッチ4−2によりスイッチング素子32または33に切り替えられる。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態では、ダイオード24〜27を使用して整流回路28を構成しているが、例えば、MOSFETなどのスイッチング素子を使用して整流回路28を構成するなど、整流回路28の形態は特に限定されない。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、コイル30を使用して平滑回路を構成しているが、例えば、コイル30以外にコンデンサも使用して平滑回路を構成するなど、平滑回路の形態は特に限定されない。
Moreover, in the said embodiment, although the smoothing circuit is comprised using the
1 スイッチング電源装置
2 制御回路
3−1、3−2 スイッチ
4−1、4−2 スイッチ
5 切替制御回路
20 スイッチング電源装置
21 直流電源
22 変換回路
23 トランス
24〜27 ダイオード
28 整流回路
29 負荷
30 コイル
31 制御回路
32〜35 スイッチング素子
36 パルス出力回路
37 パルス振分け回路
38、39 駆動回路
40 ダミー抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記変換回路で変換された交流電力を昇圧または降圧するトランスと、
前記トランスの出力を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、
入力されるパルスに基づいて前記第1及び第2のスイッチング素子を駆動させるための駆動パルスを出力する第1及び第2の駆動回路と、
前記所定周波数でパルスを出力するパルス出力回路と、
前記パルス出力回路から連続して出力される前記パルスを第1のパルスと第2のパルスに振分けるパルス振分け回路と、
前記パルス振分け回路で振分けられた前記第1及び第2のパルスが前記第1及び第2の駆動回路のうちの一方に連続して出力された後、次に前記パルス振分け回路で振分けられた前記第1及び第2のパルスが前記第1及び第2の駆動回路のうちの他方に連続して出力されるように切り替える第1のスイッチと、
前記第1及び第2の駆動回路のうちの一方に連続して出力された第1及び第2のパルスに基づいて前記第1及び第2の駆動回路のうちの一方から連続して出力された駆動パルスがそれぞれ前記第1及び第2のスイッチング素子に交互に出力された後、前記第1及び第2の駆動回路のうちの他方に連続して出力された第1及び第2のパルスに基づいて前記第1及び第2の駆動回路のうちの他方から連続して出力された駆動パルスがそれぞれ前記第1及び第2のスイッチング素子に交互に出力されるように、切り替える第2のスイッチと、
前記第1及び第2のスイッチのそれぞれの切替動作を制御する切替制御回路と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。 A conversion circuit in which the first and second switching elements are alternately turned on and off based on pulses continuously input at a predetermined frequency to convert DC power into AC power;
A transformer for stepping up or stepping down AC power converted by the conversion circuit;
A rectifier circuit for rectifying the output of the transformer;
A smoothing circuit for smoothing the output of the rectifier circuit;
First and second drive circuits for outputting drive pulses for driving the first and second switching elements based on input pulses;
A pulse output circuit for outputting pulses at the predetermined frequency;
A pulse distribution circuit that distributes the pulses continuously output from the pulse output circuit into a first pulse and a second pulse;
The first and second pulses distributed by the pulse distribution circuit are continuously output to one of the first and second drive circuits, and then distributed by the pulse distribution circuit. A first switch that switches so that the first and second pulses are continuously output to the other of the first and second drive circuits;
Based on first and second pulses continuously output to one of the first and second drive circuits, continuously output from one of the first and second drive circuits. Based on the first and second pulses continuously output to the other of the first and second drive circuits after the drive pulses are alternately output to the first and second switching elements, respectively. A second switch for switching so that a drive pulse continuously output from the other of the first and second drive circuits is alternately output to the first and second switching elements, respectively.
A switching control circuit for controlling the switching operation of each of the first and second switches;
A switching power supply device comprising:
前記変換回路で変換された交流電力を昇圧または降圧するトランスと、
前記トランスの出力を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、
入力されるパルスに基づいて前記第1及び第2のスイッチング素子を駆動させるための駆動パルスを出力する第1及び第2の駆動回路と、
前記所定周波数でパルスを出力するパルス出力回路と、
前記パルス出力回路から連続して出力された第1及び第2のパルスが前記第1の駆動回路に連続して出力された後、次に前記パルス出力回路から連続して出力された前記第1及び第2のパルスが前記第2の駆動回路に連続して出力されるように切り替える第1のスイッチと、
前記第1の駆動回路に連続して出力された第1及び第2のパルスに基づいて前記第1の駆動回路から連続して出力された駆動パルスがそれぞれ前記第1及び第2のスイッチング素子に交互に出力された後、前記第2の駆動回路に連続して出力された前記第1及び第2のパルスに基づいて前記第2の駆動回路から連続して出力された駆動パルスがそれぞれ前記第1及び第2のスイッチング素子に交互に出力されるように、切り替える第2のスイッチと、
前記第1及び第2のスイッチのそれぞれの切替動作を制御する切替制御回路と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。 A conversion circuit in which the first and second switching elements are alternately turned on and off based on pulses continuously input at a predetermined frequency to convert DC power into AC power;
A transformer for stepping up or stepping down AC power converted by the conversion circuit;
A rectifier circuit for rectifying the output of the transformer;
A smoothing circuit for smoothing the output of the rectifier circuit;
First and second drive circuits for outputting drive pulses for driving the first and second switching elements based on input pulses;
A pulse output circuit for outputting pulses at the predetermined frequency;
After the first and second pulses continuously output from the pulse output circuit are continuously output to the first drive circuit, the first pulse output from the pulse output circuit is then output. And a first switch for switching so that a second pulse is continuously output to the second drive circuit;
Drive pulses continuously output from the first drive circuit based on the first and second pulses continuously output to the first drive circuit are respectively supplied to the first and second switching elements. After being alternately output, the drive pulses continuously output from the second drive circuit based on the first and second pulses continuously output to the second drive circuit are respectively output from the second drive circuit. A second switch for switching so as to be alternately output to the first and second switching elements;
A switching control circuit for controlling the switching operation of each of the first and second switches;
A switching power supply device comprising:
前記切替制御回路は、前記第1及び第2のスイッチを、それぞれ、前記所定周波数の偶数倍周期で切替動作させる、
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to claim 1 or 2,
The switching control circuit switches the first and second switches at an even multiple of the predetermined frequency,
The switching power supply device characterized by the above-mentioned.
前記変換回路で変換された交流電力を昇圧または降圧するトランスと、
前記トランスの出力を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、
入力されるパルスに基づいて前記第1及び第2のスイッチング素子を駆動させるための駆動パルスを出力する第1及び第2の駆動回路と、
前記所定周波数でパルスを出力するパルス出力回路と、
駆動パルス切替スイッチと、
前記駆動パルス切替スイッチを制御する切替制御回路を備え、
前記駆動パルス切替スイッチは、少なくとも前記第1の駆動回路から出力される駆動パルスを第1のスイッチング素子へ出力する接続状態と第2のスイッチング素子へ出力する接続状態に切り替えるとともに、前記第2の駆動回路から出力される駆動パルスを第2のスイッチング素子へ出力する接続状態と第1のスイッチング素子へ出力する接続状態に切り替え、
前記切替制御回路は、前記所定周波数の周期の偶数倍の期間内において第1の駆動回路から出力される駆動パルスよって第1のスイッチング素子がオンする期間と第2のスイッチング素子がオンする期間を等しくすると共に、第2の駆動回路から出力される駆動パルスよって第1のスイッチング素子がオンする期間と第2のスイッチング素子がオンする期間を等しくするように、前記駆動パルス切替スイッチを制御することを特徴とするスイッチング電源装置。 A conversion circuit in which the first and second switching elements are alternately turned on and off based on pulses continuously input at a predetermined frequency to convert DC power into AC power;
A transformer for stepping up or stepping down AC power converted by the conversion circuit;
A rectifier circuit for rectifying the output of the transformer;
A smoothing circuit for smoothing the output of the rectifier circuit;
First and second drive circuits for outputting drive pulses for driving the first and second switching elements based on input pulses;
A pulse output circuit for outputting pulses at the predetermined frequency;
A drive pulse selector switch;
Comprising a switching control circuit for controlling the drive pulse selector switch;
The drive pulse changeover switch switches between a connection state in which at least a drive pulse output from the first drive circuit is output to the first switching element and a connection state in which the drive pulse is output to the second switching element. Switching between a connection state in which the drive pulse output from the drive circuit is output to the second switching element and a connection state in which the drive pulse is output to the first switching element;
The switching control circuit includes a period in which the first switching element is turned on and a period in which the second switching element is turned on by the drive pulse output from the first drive circuit within a period that is an even multiple of the cycle of the predetermined frequency. And controlling the drive pulse changeover switch so that the period when the first switching element is turned on and the period when the second switching element is turned on are equalized by the drive pulse output from the second drive circuit. A switching power supply device.
入力されるパルスに基づいて前記第1及び第2のスイッチング素子を駆動させるための駆動パルスを出力する第1及び第2の駆動回路と、
前記所定周波数でパルスを出力するパルス出力回路と、
駆動パルス切替スイッチと、
前記駆動パルス切替スイッチを制御する切替制御回路を備え、
前記駆動パルス切替スイッチは、少なくとも前記第1の駆動回路から出力される駆動パルスを第1のスイッチング素子へ出力する接続状態と第2のスイッチング素子へ出力する接続状態に切り替えるとともに、前記第2の駆動回路から出力される駆動パルスを第2のスイッチング素子へ出力する接続状態と第1のスイッチング素子へ出力する接続状態に切り替え、
前記切替制御回路は、前記所定周波数の周期の偶数倍の期間内において第1の駆動回路から出力される駆動パルスよって第1のスイッチング素子がオンする期間と第2のスイッチング素子がオンする期間を等しくすると共に、第2の駆動回路から出力される駆動パルスよって第1のスイッチング素子がオンする期間と第2のスイッチング素子がオンする期間を等しくするように、前記駆動パルス切替スイッチを制御することを特徴とする電力変換回路の制御回路。
A control circuit of a power conversion circuit in which first and second switching elements are alternately turned on and off to transmit AC power to a transformer;
First and second drive circuits for outputting drive pulses for driving the first and second switching elements based on input pulses;
A pulse output circuit for outputting pulses at the predetermined frequency;
A drive pulse selector switch;
Comprising a switching control circuit for controlling the drive pulse selector switch;
The drive pulse changeover switch switches between a connection state in which at least a drive pulse output from the first drive circuit is output to the first switching element and a connection state in which the drive pulse is output to the second switching element. Switching between a connection state in which the drive pulse output from the drive circuit is output to the second switching element and a connection state in which the drive pulse is output to the first switching element;
The switching control circuit includes a period in which the first switching element is turned on and a period in which the second switching element is turned on by the drive pulse output from the first drive circuit within a period that is an even multiple of the cycle of the predetermined frequency. And controlling the drive pulse changeover switch so that the period when the first switching element is turned on and the period when the second switching element is turned on are equalized by the drive pulse output from the second drive circuit. A control circuit for a power conversion circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005080695A JP2006262683A (en) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | Switching power supply and control circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005080695A JP2006262683A (en) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | Switching power supply and control circuit |
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Country Status (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009207304A (en) * | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Hitachi Ltd | Inverter and magnetic deflection suppression method |
-
2005
- 2005-03-18 JP JP2005080695A patent/JP2006262683A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009207304A (en) * | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Hitachi Ltd | Inverter and magnetic deflection suppression method |
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