JP2007236092A - Switching power supply - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply which can widen the convertible voltage range. <P>SOLUTION: The switching power supply is provided with a transformer 3 which has four coils 31A-31D on high voltage side mutually equal in number of turns, corresponding to four switching circuits 11-14 operating synchronously with one another, and four inductors Lr1-Lr4. Four fellow current paths are put each in four parallel connection, in four series connection, or in mixed connection (two series and two parallel connection) of series and parallel, according to the target voltage value of input voltage (DC high voltage VH) at normal operation and output voltage (DC high voltage VH) at reverse operation, by a voltage detecting circuit 61, a controller 7, and connection changeover switches S51-S53 and S61-S63. The ratio of the numbers of turns between the coils 31A-31D on high voltage side and the coils 32A and 32B on low voltage side becomes larger in the order of four parallel connection, two series two parallel connection, and four series connection. Moreover, the current change within the circuit becomes slow by the action of inductors Lr1-Lr4. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、直流入力電圧をスイッチングして得られるスイッチング出力を電力変換トランスの出力巻線に取り出すように構成されたスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply device configured to extract a switching output obtained by switching a DC input voltage to an output winding of a power conversion transformer.

従来より、スイッチング電源装置として種々のタイプのものが提案され、実用に供されている。その多くは、電力変換トランスの入力巻線に接続されたスイッチ回路のスイッチング動作により直流入力電圧をスイッチングし、スイッチング出力を電力変換トランスの出力巻線に取り出す方式である。このようなスイッチ回路のスイッチング動作に伴い、出力巻線に現れる電圧は、整流回路によって整流された後、平滑回路によって直流に変換されて出力される。   Conventionally, various types of switching power supply devices have been proposed and put into practical use. Most of them are systems in which a DC input voltage is switched by a switching operation of a switch circuit connected to an input winding of a power conversion transformer and a switching output is taken out to an output winding of the power conversion transformer. Along with the switching operation of such a switch circuit, the voltage appearing in the output winding is rectified by the rectifier circuit, then converted into direct current by the smoothing circuit and output.

この種のスイッチング電源装置では、一定の出力電圧を維持可能な入力電圧範囲の広範化が望まれている。そこで例えば特許文献1では、2つのスイッチング素子(スイッチング回路)に対応してトランスの1次側に同一巻数の巻線を2つ設け、入力電圧の大きさに応じてこれら2つの1次側巻線同士を直列または並列に接続するようにしたスイッチング電源装置が提案されている。   In this type of switching power supply device, it is desired to widen the input voltage range in which a constant output voltage can be maintained. Therefore, for example, in Patent Document 1, two windings having the same number of turns are provided on the primary side of the transformer corresponding to two switching elements (switching circuits), and these two primary side windings are provided according to the magnitude of the input voltage. There has been proposed a switching power supply device in which wires are connected in series or in parallel.

特開平11−136939号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-136939

上記特許文献1の技術によれば、入力電圧の大きさに応じてトランスの1次側巻線と2次側巻線との巻数比を切り換えることができ、一定の出力電圧を維持可能な入力電圧範囲が広範になると考えられる。   According to the technique disclosed in Patent Document 1, the turn ratio between the primary side winding and the secondary side winding of the transformer can be switched according to the magnitude of the input voltage, and an input capable of maintaining a constant output voltage. The voltage range is considered to be wide.

しなしながらこのスイッチング電源装置では、巻線同士の接続状態としては直列接続状態および並列接続状態の2状態しかないので、変換可能な電圧範囲を十分に広げるのが困難であった。   However, in this switching power supply device, there are only two connection states between the windings, a series connection state and a parallel connection state, and it is difficult to sufficiently expand the convertible voltage range.

また、このスイッチング電源装置では、2つの1次側巻線同士を並列接続している場合、並列動作する2つのスイッチング回路同士の制御タイミング(スイッチング素子同士のオン・オフ動作のタイミング)が素子間の製造ばらつき等によりわずかにでもずれると、それらのスイッチング回路間のインピーダンスの差異に起因して過大なサージ電流が流れてしまうという問題があった。過大なサージ電流が発生すると、スイッチング素子等を破壊するおそれがある。また、現実的には制御タイミングを完全に一致させるのは困難である。よって、結果的に電流容量の大きい素子を用いなければならず、電流容量が大きくなるにつれて素子が大型化する傾向にあることから、装置全体を小型化するのが困難であった。   Also, in this switching power supply device, when two primary windings are connected in parallel, the control timing between two switching circuits operating in parallel (timing of ON / OFF operation between switching elements) is between elements. However, there is a problem that an excessive surge current flows due to a difference in impedance between the switching circuits. If an excessive surge current is generated, the switching element or the like may be destroyed. In reality, it is difficult to make the control timings coincide completely. Therefore, as a result, an element having a large current capacity must be used, and the element tends to increase in size as the current capacity increases, making it difficult to downsize the entire apparatus.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、変換可能な電圧範囲をより広げることが可能なスイッチング電源装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and a first object thereof is to provide a switching power supply device capable of further widening a convertible voltage range.

また、本発明の第2の目的は、サージ電流の発生を抑えつつ変換可能な電圧範囲の広範化を実現するスイッチング電源装置を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide a switching power supply device that realizes a wide conversion voltage range while suppressing generation of surge current.

本発明の第1のスイッチング電源装置は、第1および第2の端子対を備え、この第1の端子側の第1の直流電圧と第2の端子対側の第2の直流電圧との間の電圧変換を行うものであって、第1の端子対側に配置された互いに巻数の等しい複数の第1の巻線と、第2の端子対側に配置された第2の巻線とを有するトランスと、第1の端子対側に複数の第1の巻線にそれぞれ対応して設けられ、各々が4つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型の複数の第1の回路と、これら複数の第1の回路と複数の第1の回路にそれぞれ対応する第1の巻線とから構成される複数の電流経路同士が互いに並列接続、直列接続または直列と並列との混合接続となるように接続切換を行う接続切換手段とを備えたものである。   The first switching power supply device of the present invention includes first and second terminal pairs, and is between the first DC voltage on the first terminal side and the second DC voltage on the second terminal pair side. A plurality of first windings arranged on the first terminal pair side and having the same number of turns, and a second winding arranged on the second terminal pair side. And a plurality of first circuits of a full bridge type provided on the first terminal pair side corresponding to the plurality of first windings, each including four switching elements, and the plurality of first coils Connection switching so that a plurality of current paths composed of one circuit and a first winding corresponding to each of the plurality of first circuits are connected in parallel, in series, or mixed in series and parallel And a connection switching means for performing.

本発明の第1のスイッチング電源装置では、上記複数の第1の回路がそれぞれインバータ回路または整流回路として機能し、トランスの変圧作用によって、第1の端子側の第1の直流電圧と第2の端子側の第2の直流電圧との間で電圧変換がなされる。また、接続切換手段によって、上記複数の電流経路同士が互いに並列接続、直列接続または直列と並列との混合接続となるように接続切換がなされる。ここで、トランスの複数の第1の巻線が、それぞれ複数の第1の回路に対応すると共に互いに巻数が等しいことから、第1の巻線と第2の巻線との巻数比は、並列接続、上記混合接続および直列接続の順に大きくなる。   In the first switching power supply of the present invention, each of the plurality of first circuits functions as an inverter circuit or a rectifier circuit, and the first DC voltage and the second voltage on the first terminal side are transformed by a transformer action of the transformer. Voltage conversion is performed with the second DC voltage on the terminal side. Further, connection switching is performed by the connection switching means so that the plurality of current paths are connected in parallel, in series, or mixed in series and parallel. Here, since the plurality of first windings of the transformer respectively correspond to the plurality of first circuits and have the same number of turns, the turn ratio between the first winding and the second winding is parallel. The connection increases in the order of the mixed connection and the serial connection.

本発明の第1のスイッチング電源装置では、入力された第1の直流電圧を電圧変換して第2の直流電圧を出力する場合、すなわち上記複数の第1の回路がそれぞれインバータ回路として機能する場合には、上記接続切換手段が、この第1の直流電圧の大きさに応じて接続切換を行うようにしてもよい。具体的には、上記接続切換手段が、第1の直流電圧が大きくなるのに従って、並列接続、上記混合接続および直列接続の順に接続切換を行うようにしてもよい。このように構成した場合、第1の直流電圧が大きくなるのに従って第1の巻線と第2の巻線との巻数比も大きくなるため、一定の出力電圧(第2の直流電圧)を維持可能な入力電圧(第1の直流電圧)の範囲が、従来と比べて広くなる。   In the first switching power supply device of the present invention, when the input first DC voltage is voltage-converted and the second DC voltage is output, that is, when the plurality of first circuits function as inverter circuits, respectively. Alternatively, the connection switching means may perform connection switching according to the magnitude of the first DC voltage. Specifically, the connection switching means may perform connection switching in the order of parallel connection, mixed connection, and series connection as the first DC voltage increases. When configured in this manner, the turn ratio of the first winding and the second winding increases as the first DC voltage increases, so that a constant output voltage (second DC voltage) is maintained. The range of possible input voltages (first DC voltage) is wider than in the past.

また、逆に入力された第2の直流電圧を電圧変換して第1の直流電圧を出力する場合、すなわち上記複数の第1の回路がそれぞれ整流回路として機能する場合には、上記接続切換手段が、この第2の直流電圧の大きさに応じて接続切換を行うようにしてもよい。具体的には、上記接続切換手段が、第2の直流電圧が大きくなるのに従って、直列接続、上記混合接続および並列接続の順に接続切換を行うようにしてもよい。このように構成した場合、第2の直流電圧が大きくなるのに従って第1の巻線と第2の巻線との巻数比が小さくなるため、一定の出力電圧(第1の直流電圧)を維持可能な入力電圧(第2の直流電圧)の範囲が、従来と比べて広くなる。   On the contrary, when the second DC voltage inputted in reverse is converted to output the first DC voltage, that is, when the plurality of first circuits function as rectifier circuits, the connection switching means. However, connection switching may be performed according to the magnitude of the second DC voltage. Specifically, the connection switching unit may perform connection switching in the order of series connection, mixed connection, and parallel connection as the second DC voltage increases. In this configuration, the turn ratio between the first winding and the second winding decreases as the second DC voltage increases, so that a constant output voltage (first DC voltage) is maintained. The range of possible input voltage (second DC voltage) is wider than in the past.

なお、これらの場合において、上記接続切換手段を、複数の接続切換素子と、上記第1の直流電圧または第2の直流電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路により検出された第1または第2の直流電圧の大きさに応じて上記複数の接続切換素子のオン・オフ状態をそれぞれ制御する第1の制御部とから構成することが可能である。   In these cases, the connection switching means includes a plurality of connection switching elements, a voltage detection circuit for detecting the first DC voltage or the second DC voltage, and a first detected by the voltage detection circuit. Or it is possible to comprise from the 1st control part which controls the ON / OFF state of said several connection switching element according to the magnitude | size of a 2nd DC voltage, respectively.

本発明の第1のスイッチング電源装置では、上記接続切換手段が、第1または第2の直流電圧と所定の複数のしきい値電圧との間で値の大小をそれぞれ比較してその比較結果に基づいて接続切換を行うようにしてもよく、第1または第2の直流電圧の大きさに応じて並列接続の状態のデューティ比、混合接続の状態のデューティ比および直列接続の状態のデューティ比のうちの少なくとも2つがそれぞれ変化するように接続切換を行うようにしてもよい。後者の場合、第1または第2の直流電圧の大きさに応じて接続状態のデューティ比がそれぞれ変化するため、これらの値が急激に変化することはない(連続的に変化する)。なお、後者の場合、上記接続切換手段が、第1の直流電圧が大きくなるのに従って第1の巻線と前記第2の巻線との巻数比が連続的に増加すると共に第2の直流電圧が大きくなるのに従って上記巻数比が連続的に減少するように接続状態のデューティ比をそれぞれ変化させるように構成可能である。   In the first switching power supply device of the present invention, the connection switching means compares the magnitudes of the values between the first or second DC voltage and a plurality of predetermined threshold voltages, respectively. The connection switching may be performed based on the duty ratio in the parallel connection state, the duty ratio in the mixed connection state, and the duty ratio in the series connection state according to the magnitude of the first or second DC voltage. Connection switching may be performed so that at least two of them change. In the latter case, since the duty ratio of the connection state changes according to the magnitude of the first or second DC voltage, these values do not change abruptly (changes continuously). In the latter case, the connection switching means continuously increases the turn ratio between the first winding and the second winding as the first DC voltage increases, and the second DC voltage. It is possible to change the duty ratio of the connected state so that the turn ratio continuously decreases as the value increases.

本発明の第1のスイッチング電源装置では、入力された第2の直流電圧を電圧変換して第1の直流電圧を出力する場合に、上記接続切換手段が、この第1の直流電圧が所定の目標電圧値となるように接続切換を行ってもよい。このように構成した場合、一定の入力電圧(第2の直流電圧)から変換可能な出力電圧(第1の直流電圧)の範囲が、従来と比べて広くなる。   In the first switching power supply device of the present invention, when the input second DC voltage is voltage-converted to output the first DC voltage, the connection switching means has the first DC voltage set to a predetermined value. Connection switching may be performed so that the target voltage value is obtained. When configured in this manner, the range of the output voltage (first DC voltage) that can be converted from a constant input voltage (second DC voltage) is wider than in the past.

この場合には、上記接続切換手段を、複数の接続切換素子と、上記目標電圧値の大きさに応じてこれら複数の接続切換素子のオン・オフ状態をそれぞれ制御する第2の制御部とから構成することが可能である。また、上記接続切換手段が、この目標電圧値が大きくなるのに従って、並列接続、前記混合接続および直列接続の順に接続切換を行うのが好ましい。このように構成した場合、出力電圧(第1の直流電圧)の目標電圧値が大きくなるのにしたがって、第1の巻線と第2の巻線との巻数比も大きくなる。   In this case, the connection switching means includes a plurality of connection switching elements and a second control unit that controls the on / off states of the plurality of connection switching elements according to the magnitude of the target voltage value. It is possible to configure. The connection switching means preferably performs connection switching in the order of parallel connection, mixed connection and series connection as the target voltage value increases. When configured in this manner, the turn ratio between the first winding and the second winding increases as the target voltage value of the output voltage (first DC voltage) increases.

本発明の第1のスイッチング電源装置では、4つの第1の回路を備え、これらに対応する4つの電流経路同士の接続状態として、4並列接続状態、2直列と2並列との混合接続状態および4直列接続状態を有するように構成可能である。また、6つの第1の回路を備え、これらに対応する6つの電流経路同士の接続状態として、6並列接続状態、2直列と3並列との混合接続状態、3直列と2並列との混合接続状態および6直列接続状態を有するように構成可能である。なお、これらの場合のように第1の回路の個数をN(4以上の自然数)とした場合には、このNの約数が3つ以上存在するようにするのが好ましい。そのように構成した場合、Nの約数の数が増えるのに応じて、電流経路同士が取り得る接続状態の数も増加する。   In the first switching power supply device of the present invention, four first circuits are provided, and the four current paths corresponding to the four first circuits are connected in four parallel connection states, two series and two parallel mixed connection states, and It can be configured to have four serial connection states. In addition, six first circuits are provided, and six current paths corresponding thereto are connected in six parallel connection states, two series and three parallel mixed connection states, and three series and two parallel mixed connections. And 6 series connected states. If the number of first circuits is N (natural number of 4 or more) as in these cases, it is preferable that there are 3 or more divisors of N. In such a configuration, as the divisor number of N increases, the number of connection states that the current paths can take increases.

本発明の第1のスイッチング電源装置では、上記4つのスイッチング素子がそれぞれ、複数の電流経路同士の接続状態によらずに常にオン・オフ動作を行うようにしてもよく、これら複数の電流経路同士の接続状態に応じてオン・オフ動作状態またはオン状態となるようにしてもよい。なお、前者のように構成した場合、後者のように構成した場合と比べ、4つのスイッチング素子に対する制御がより簡単になる。   In the first switching power supply device of the present invention, each of the four switching elements may always perform an on / off operation regardless of the connection state between the plurality of current paths. Depending on the connection state, an on / off operation state or an on state may be set. In the case of the former configuration, the control for the four switching elements is easier than in the case of the latter configuration.

本発明の第1のスイッチング電源装置では、上記第2の端子対側に、センタタップ型またはプッシュプル型の第2の回路を備えるようにしてもよく、また、フルブリッジ型の第2の回路を備えるようにしてもよい。なお、センタタップ型の第2の回路の場合にはこの回路が整流回路として機能する一方、プッシュプル第2の回路の場合にはこの回路がインバータ回路として機能する。また、フルブリッジ型の第2の回路の場合には、この回路が整流回路またはインバータ回路として機能する。   In the first switching power supply device of the present invention, a center tap type or push-pull type second circuit may be provided on the second terminal pair side, or a full bridge type second circuit. You may make it provide. In the case of the center tap type second circuit, this circuit functions as a rectifier circuit, while in the case of the push-pull second circuit, this circuit functions as an inverter circuit. In the case of the full bridge type second circuit, this circuit functions as a rectifier circuit or an inverter circuit.

本発明の第2のスイッチング電源装置は、第1および第2の端子対を備え、この第1の端子対側の第1の直流電圧と第2の端子対側の第2の直流電圧との間の電圧変換を行うものであって、第1の端子対側に配置された互いに巻数の等しい複数の第1の巻線と、第2の端子対側に配置された第2の巻線とを有するトランスと、第1の端子対側に複数の第1の巻線にそれぞれ対応して設けられ、各々が4つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型の複数の回路と、これら複数の回路同士をそれぞれ同期させて駆動する駆動回路と、上記複数の回路にそれぞれ対応して設けられた複数のインダクタと、上記複数の回路とこれら複数の回路にそれぞれ対応する前記第1の巻線とから構成される複数の電流経路同士が互いに並列接続または直列接続となるように接続切換を行う接続切換手段とを備えたものである。   The second switching power supply device of the present invention includes first and second terminal pairs, and a first DC voltage on the first terminal pair side and a second DC voltage on the second terminal pair side. A plurality of first windings arranged on the first terminal pair side and having the same number of turns, and a second winding arranged on the second terminal pair side. And a plurality of full-bridge circuits each including four switching elements, each of which is provided between the first terminal pair side and the plurality of first windings. Drive circuits that are driven in synchronization with each other, a plurality of inductors provided corresponding to the plurality of circuits, the plurality of circuits, and the first windings respectively corresponding to the plurality of circuits. Multiple current paths connected in parallel or in series It is obtained and a connection switching means for performing connection changeover such that.

本発明の第2のスイッチング電源装置では、互いに同期動作する複数の回路同士がそれぞれインバータ回路または整流回路として機能し、トランスの変圧作用によって、第1の端子側の第1の直流電圧と第2の端子側の第2の直流電圧との間で電圧変換がなされる。また、接続切換手段によって、上記複数の電流経路同士が互いに並列接続または直列接続となるように接続切換がなされる。ここで、トランスの複数の第1の巻線が、それぞれ上記複数の回路に対応すると共に互いに巻数が等しいことから、上記複数の電流経路が互いに直列接続する場合、互いに並列接続する場合と比べ、第1の巻線と第2の巻線との巻数比が大きくなる。また、複数のスイッチング回路にそれぞれ対応して複数のインダクタが設けられているため、これらのインダクタによる電流の大きさを維持しようとする作用により、回路内の電流の変化が緩やかになる。   In the second switching power supply device of the present invention, the plurality of circuits operating in synchronization with each other function as an inverter circuit or a rectifier circuit, and the first DC voltage on the first terminal side and the second circuit are transformed by the transformer action of the transformer. Voltage conversion is performed with the second DC voltage on the terminal side. Further, connection switching is performed by the connection switching means so that the plurality of current paths are connected in parallel or in series. Here, since the plurality of first windings of the transformer respectively correspond to the plurality of circuits and have the same number of turns, when the plurality of current paths are connected in series with each other, compared to the case where the plurality of current paths are connected in parallel with each other, The turn ratio between the first winding and the second winding is increased. In addition, since a plurality of inductors are provided corresponding to the plurality of switching circuits, a change in current in the circuit becomes gentle due to the action of maintaining the magnitude of the current by these inductors.

本発明の第1のスイッチング電源装置によれば、複数の第1の回路にそれぞれ対応させて互いに巻数の等しい複数の第1の巻線を有するトランスを設け、接続切換手段によって、複数の電流経路同士を互いに並列接続、直列接続または直列と並列との混合接続させるようにしたので、第1の巻線と第2の巻線との巻数比を、並列接続、混合接続および直列接続の順に大きくすることができ、従来と比べて変換可能な電圧範囲をより広げることが可能となる。   According to the first switching power supply device of the present invention, a transformer having a plurality of first windings having the same number of turns is provided corresponding to each of the plurality of first circuits, and a plurality of current paths are provided by the connection switching means. Since they are connected in parallel with each other, in series connection, or mixed in series and parallel, the turn ratio between the first winding and the second winding increases in the order of parallel connection, mixed connection, and series connection. Therefore, it is possible to further widen the voltage range that can be converted compared to the conventional case.

また、本発明の第2のスイッチング電源装置によれば、互いに同期動作する複数の回路にそれぞれ対応させて互いに巻数の等しい複数の第1の巻線を有するトランスと複数のインダクタとを設け、接続切換手段によって、複数の電流経路同士を互いに並列接続または直列接続させるようにしたので、直列接続の場合に並列接続の場合よりも1次側巻線と2次側巻線との巻数比を大きくすると共に回路内の電流変化を緩やかにすることができる。よって、トランスの巻数比を切り換えると共に上記回路同士のタイミングのずれに対する許容度を大きくすることができ、サージ電流の発生を抑えつつ変換可能な電圧範囲の広範化を実現することが可能となる。   According to the second switching power supply device of the present invention, a transformer having a plurality of first windings having the same number of turns and a plurality of inductors are provided corresponding to a plurality of circuits operating in synchronization with each other, and connected. Since the plurality of current paths are connected in parallel or in series by the switching means, the turn ratio of the primary side winding and the secondary side winding is larger in the case of series connection than in the case of parallel connection. In addition, the current change in the circuit can be moderated. Therefore, the transformer turns ratio can be switched and the tolerance for the timing difference between the circuits can be increased, and the conversion of the voltage range that can be converted can be realized while suppressing the generation of surge current.

以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、単に実施の形態という。)について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as an embodiment) will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を表すものである。このスイッチング電源装置は、高圧バッテリ51から入出力端子T1,T2間に印加される直流高圧電圧VHに基づいて直流低圧電圧VLを生成し、これを入出力端子T3,T4から出力して低圧バッテリ52へ供給する順方向動作と、逆にこの低圧バッテリ52から入出力端子T3,T4間に印加される直流低圧電圧VLに基づいて直流高圧電圧VHを生成し、これを入出力端子T1,T2から出力して高圧バッテリ51へ供給する逆方向動作とを行うことが可能な双方向型のスイッチング電源装置(DC−DCコンバータ)である。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a configuration of a switching power supply apparatus according to the first embodiment of the present invention. This switching power supply device generates a DC low voltage VL based on a DC high voltage VH applied from the high voltage battery 51 between the input / output terminals T1 and T2, and outputs the DC low voltage VL from the input / output terminals T3 and T4. On the other hand, a DC high voltage VH is generated based on the DC low voltage VL applied between the low voltage battery 52 and the input / output terminals T3 and T4, and the forward voltage is supplied to the input / output terminals T1 and T2. This is a bidirectional switching power supply device (DC-DC converter) capable of performing a reverse operation that is output from the power supply and supplied to the high-voltage battery 51.

このスイッチング電源装置は、高圧バッテリ51側(高圧側)の高圧ラインL1Hおよび低圧ラインL1Lの間に設けられた平滑コンデンサCH、4つのスイッチング回路11〜14、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63および4つのインダクタLr1〜Lr4と、高圧側の巻線31A〜31Dおよび低圧バッテリ52側(低圧側)の巻線32A,32Bを有するトランス3と、低圧側に設けられたスイッチング回路4、インダクタLchおよび平滑コンデンサCLと、直流高圧電圧VHを検出する電圧検出回路61と、直流低圧電圧VLを検出する電圧検出回路62と、スイッチング回路11〜14および接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の動作をそれぞれ制御するための制御部7とを備えている。   This switching power supply includes a smoothing capacitor CH, four switching circuits 11-14, connection changeover switches S51-S53, S61-S63 provided between a high-voltage line L1H and a low-voltage line L1L on the high-voltage battery 51 side (high-voltage side). And four inductors Lr1 to Lr4, a transformer 3 having windings 31A to 31D on the high voltage side and windings 32A and 32B on the low voltage battery 52 side (low voltage side), a switching circuit 4 provided on the low voltage side, and an inductor Lch And smoothing capacitor CL, voltage detection circuit 61 for detecting DC high voltage VH, voltage detection circuit 62 for detecting DC low voltage VL, and operations of switching circuits 11-14 and connection changeover switches S51-S53, S61-S63. And a control unit 7 for controlling each of them.

平滑コンデンサCHは、直流高圧電圧VHを平滑化するためのものである。   The smoothing capacitor CH is for smoothing the DC high voltage VH.

スイッチング回路11は、4つのスイッチング素子S11〜S14と、これらスイッチング素子S11〜S14に対してそれぞれ並列接続されたダイオードD11〜D14とを有しており、フルブリッジ型の回路構成となっている。具体的には、スイッチング素子S11,S12の一端同士が互いに接続点P5で接続されると共に、スイッチング素子S13,S14の一端同士が互いに接続点P9で接続されている。また、スイッチング素子S11,S13の他端同士が接続切換スイッチS51を介して接続点P3(P21)で互いに接続されると共に、スイッチング素子S12,S14の他端同士が接続切換スイッチS61を介して接続点P4(P22)で互いに接続され、これら他端同士はそれぞれ入出力端子T1,T2に接続されている。   The switching circuit 11 has four switching elements S11 to S14 and diodes D11 to D14 connected in parallel to the switching elements S11 to S14, respectively, and has a full-bridge circuit configuration. Specifically, one ends of the switching elements S11 and S12 are connected to each other at a connection point P5, and one ends of the switching elements S13 and S14 are connected to each other at a connection point P9. The other ends of the switching elements S11 and S13 are connected to each other at the connection point P3 (P21) via the connection changeover switch S51, and the other ends of the switching elements S12 and S14 are connected via the connection changeover switch S61. They are connected to each other at point P4 (P22), and the other ends are connected to input / output terminals T1 and T2, respectively.

また、スイッチング回路12も同様に、4つのスイッチング素子S21〜S24と、これらスイッチング素子S21〜S24に対してそれぞれ並列接続されたダイオードD21〜D24とを有しており、フルブリッジ型の回路構成となっている。具体的には、スイッチング素子S21,S22の一端同士が互いに接続点P10で接続されると共に、スイッチング素子S23,S24の一端同士が互いに接続点P11で接続されている。また、スイッチング素子S21,S23の他端同士がそれぞれ接続切換スイッチS51,S52を介して接続点P21(P23)で互いに接続されると共に、スイッチング素子S22,S24の他端同士がそれぞれ接続切換スイッチS61,S62を介して接続点P22(P24)で互いに接続され、これら他端同士はそれぞれ入出力端子T1,T2に接続されている。   Similarly, the switching circuit 12 includes four switching elements S21 to S24 and diodes D21 to D24 connected in parallel to the switching elements S21 to S24, respectively. It has become. Specifically, one ends of the switching elements S21 and S22 are connected to each other at the connection point P10, and one ends of the switching elements S23 and S24 are connected to each other at the connection point P11. The other ends of the switching elements S21 and S23 are connected to each other at the connection point P21 (P23) via the connection changeover switches S51 and S52, respectively, and the other ends of the switching elements S22 and S24 are respectively connected to the connection changeover switch S61. , S62 are connected to each other at a connection point P22 (P24), and the other ends are connected to input / output terminals T1 and T2, respectively.

また、スイッチング回路13も同様に、4つのスイッチング素子S31〜S34と、これらスイッチング素子S31〜S34に対してそれぞれ並列接続されたダイオードD31〜D34とを有しており、フルブリッジ型の回路構成となっている。具体的には、スイッチング素子S31,S32の一端同士が互いに接続点P12で接続されると共に、スイッチング素子S33,S34の一端同士が互いに接続点P13で接続されている。また、スイッチング素子S31,S33の他端同士がそれぞれ接続切換スイッチS52,S53を介して接続点P23(P25)で互いに接続されると共に、スイッチング素子S32,S34の他端同士がそれぞれ接続切換スイッチS62,S63を介して接続点P24(P26)で互いに接続され、これら他端同士はそれぞれ入出力端子T1,T2に接続されている。   Similarly, the switching circuit 13 includes four switching elements S31 to S34 and diodes D31 to D34 connected in parallel to the switching elements S31 to S34, respectively. It has become. Specifically, one ends of the switching elements S31 and S32 are connected to each other at the connection point P12, and one ends of the switching elements S33 and S34 are connected to each other at the connection point P13. The other ends of the switching elements S31 and S33 are connected to each other at the connection point P23 (P25) via the connection changeover switches S52 and S53, respectively, and the other ends of the switching elements S32 and S34 are respectively connected to the connection changeover switch S62. , S63 to each other at a connection point P24 (P26), and the other ends are connected to input / output terminals T1 and T2, respectively.

また、スイッチング回路14も同様に、4つのスイッチング素子S41〜S44と、これらスイッチング素子S41〜S44に対してそれぞれ並列接続されたダイオードD41〜D44とを有しており、フルブリッジ型の回路構成となっている。具体的には、スイッチング素子S41,S42の一端同士が互いに接続点P14で接続されると共に、スイッチング素子S43,S44の一端同士が互いに接続点P8で接続されている。また、スイッチング素子S41,S43の他端同士が接続切換スイッチS53を介して接続点P25(P6)で互いに接続されると共に、スイッチング素子S42,S44の他端同士が接続切換スイッチS63を介して接続点P26(P7)で互いに接続され、これら他端同士はそれぞれ入出力端子T1,T2に接続されている。   Similarly, the switching circuit 14 includes four switching elements S41 to S44 and diodes D41 to D44 connected in parallel to the switching elements S41 to S44, respectively. It has become. Specifically, one ends of the switching elements S41 and S42 are connected to each other at a connection point P14, and one ends of the switching elements S43 and S44 are connected to each other at a connection point P8. The other ends of the switching elements S41 and S43 are connected to each other at the connection point P25 (P6) via the connection changeover switch S53, and the other ends of the switching elements S42 and S44 are connected via the connection changeover switch S63. They are connected to each other at a point P26 (P7), and the other ends are connected to the input / output terminals T1 and T2, respectively.

スイッチング回路11〜14,21〜24,31〜34,41〜44はこのような構成により、制御部7から供給される駆動信号(駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44)に応じて、後述するように、順方向動作時にはフルブリッジ型のインバータ回路として機能する一方、逆方向動作時にはフルブリッジ型の整流回路として機能するようになっている。   With such a configuration, the switching circuits 11 to 14, 21 to 24, 31 to 34, and 41 to 44 are provided with drive signals (drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG41). In accordance with SG44), as will be described later, it functions as a full-bridge inverter circuit during forward operation, and functions as a full-bridge rectifier circuit during reverse operation.

なお、スイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44は、例えば電界効果型トランジスタ(MOS−FET;Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor)などのスイッチ素子から構成される。また、これらスイッチ素子としてMOS―FETを用いた場合には、上記ダイオードD11〜D14,D21〜D24,D31〜D34,D41〜S44をそれぞれ、このMOS―FETの寄生ダイオードから構成することが可能である。また、このように構成した場合、スイッチ素子とは別個にダイオードD11〜D14,D21〜D24,D31〜D34,D41〜D44を設ける必要がなくなり、回路構成を簡素化することができる。また、このようにダイオードD11〜D14,D21〜D24,D31〜D34,D41〜D44をそれぞれMOS―FETの寄生ダイオードから構成するようにした場合、これらMOS−FETの寄生ダイオードが導通する期間と同期して、MOS−FET自身もオン状態とすることが好ましい。より少ない電圧降下で整流することができるからである。   The switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, and S41 to S44 are, for example, switches such as field effect transistors (MOS-FETs) or IGBTs (insulated gate bipolar transistors). It is composed of elements. When MOS-FETs are used as these switching elements, the diodes D11 to D14, D21 to D24, D31 to D34, and D41 to S44 can each be constituted by a parasitic diode of the MOS-FET. is there. Moreover, when comprised in this way, it becomes unnecessary to provide the diodes D11-D14, D21-D24, D31-D34, D41-D44 separately from a switch element, and can simplify a circuit structure. In addition, when the diodes D11 to D14, D21 to D24, D31 to D34, and D41 to D44 are each composed of a parasitic diode of MOS-FET, they are synchronized with a period in which the parasitic diode of the MOS-FET is conductive. Thus, it is preferable that the MOS-FET itself is also turned on. This is because rectification can be performed with a smaller voltage drop.

接続切換スイッチS51〜S53はそれぞれ、接続点P15,P21間、接続点P17,P23間および接続点P19,P25間に配置されている。また、接続切換スイッチS61〜S63はそれぞれ、接続点P16,P22間、接続点P18,P24間および接続点P20,P26間に配置されている。これら接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63も、制御部7から供給される駆動信号(駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63)によってそのオン・オフ状態が制御されるようになっており、これにより詳細は後述するが、スイッチング回路11〜14における電流経路同士の接続を切り換えるようになっている。なお、これら接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63も、例えばMOS−FETやIGBTなどのスイッチ素子から構成される。   The connection changeover switches S51 to S53 are respectively arranged between the connection points P15 and P21, between the connection points P17 and P23, and between the connection points P19 and P25. Further, the connection changeover switches S61 to S63 are respectively arranged between the connection points P16 and P22, between the connection points P18 and P24, and between the connection points P20 and P26. These connection changeover switches S51 to S53, S61 to S63 are also controlled to be turned on / off by drive signals (drive signals SG51 to SG53, SG61 to SG63) supplied from the control unit 7. As described in detail later, the connection between the current paths in the switching circuits 11 to 14 is switched. The connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 are also composed of switch elements such as MOS-FETs and IGBTs.

インダクタLr1は、一端が接続点P5に接続されると共に他端がトランス3の巻線31Aを介して接続点P9に接続され、スイッチング素子S11〜S14から構成されるブリッジ回路(スイッチング回路11)にHブリッジ接続されている。また、インダクタLr2は、一端が接続点P11に接続されると共に他端がトランス3の巻線31Bを介して接続点P10に接続され、スイッチング素子S21〜S24から構成されるブリッジ回路(スイッチング回路12)にHブリッジ接続されている。また、インダクタLr3は、一端が接続点P12に接続されると共に他端がトランス3の巻線31Cを介して接続点P13に接続され、スイッチング素子S31〜S34から構成されるブリッジ回路(スイッチング回路13)にHブリッジ接続されている。また、インダクタLr4は、一端が接続点P8に接続されると共に他端がトランス3の巻線31Dを介して接続点P14に接続され、スイッチング素子S41〜S44から構成されるブリッジ回路(スイッチング回路14)にHブリッジ接続されている。   The inductor Lr1 has one end connected to the connection point P5 and the other end connected to the connection point P9 via the winding 31A of the transformer 3, and is connected to a bridge circuit (switching circuit 11) including the switching elements S11 to S14. H bridge connection. Further, the inductor Lr2 has one end connected to the connection point P11 and the other end connected to the connection point P10 via the winding 31B of the transformer 3, and includes a bridge circuit (switching circuit 12) including the switching elements S21 to S24. ) Is H-bridge connected. The inductor Lr3 has one end connected to the connection point P12 and the other end connected to the connection point P13 via the winding 31C of the transformer 3, and is composed of a bridge circuit (switching circuit 13) composed of switching elements S31 to S34. ) Is H-bridge connected. The inductor Lr4 has one end connected to the connection point P8 and the other end connected to the connection point P14 via the winding 31D of the transformer 3, and is composed of a bridge circuit (switching circuit 14) composed of switching elements S41 to S44. ) Is H-bridge connected.

トランス3は、スイッチング回路11〜14にそれぞれ対応して設けられると共に互いに巻数の等しい4つの高圧側の巻線31A〜31Dと、2つの低圧側の巻線32A,32Bとを有している。このうち、高圧側の巻線31Aは、一端がインダクタLr1の他端に接続されると共に他端が接続点P9に接続され、スイッチング素子S11〜S14から構成されるブリッジ回路(スイッチング回路11)にHブリッジ接続されている。また、巻線31Bは、一端が接続点P10に接続されると共に他端がインダクタLr2の他端に接続され、スイッチング素子S21〜S24から構成されるブリッジ回路(スイッチング回路12)にHブリッジ接続されている。また、巻線31Cは、一端がインダクタLr3の他端に接続されると共に他端が接続点P13に接続され、スイッチング素子S31〜S34から構成されるブリッジ回路(スイッチング回路13)にHブリッジ接続されている。また、巻線31Dは、一端が接続点P14に接続されると共に他端がインダクタLr4の他端に接続され、スイッチング素子S41〜S44から構成されるブリッジ回路(スイッチング回路14)にHブリッジ接続されている。一方、低圧側の巻線32A,32Bの一端同士はセンタタップCTで互いに接続され、このセンタタップCTは、低圧側の高圧ラインL2H上をインダクタLchを介して入出力端子T3に導かれている。このような構成によりトランス3は、スイッチング回路11〜14または後述するスイッチング回路4によって生成された入力交流電圧を降圧し、巻線32A,32Bの各端部または巻線31A〜31Dの端部から、互いに180度位相が異なる出力交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の降圧または昇圧の度合いは、巻線31A〜31Dと巻線32A,32Bとの巻数比によって定まる。   The transformer 3 includes four high-voltage side windings 31A to 31D and two low-voltage side windings 32A and 32B, which are provided corresponding to the switching circuits 11 to 14, respectively, and have the same number of turns. Among these, the winding 31A on the high voltage side has one end connected to the other end of the inductor Lr1 and the other end connected to the connection point P9, and is connected to a bridge circuit (switching circuit 11) composed of the switching elements S11 to S14. H bridge connection. Winding 31B has one end connected to connection point P10 and the other end connected to the other end of inductor Lr2, and is H-bridge connected to a bridge circuit (switching circuit 12) composed of switching elements S21 to S24. ing. The winding 31C has one end connected to the other end of the inductor Lr3 and the other end connected to the connection point P13. The winding 31C is H-bridge connected to a bridge circuit (switching circuit 13) including switching elements S31 to S34. ing. The winding 31D has one end connected to the connection point P14 and the other end connected to the other end of the inductor Lr4, and is H-bridge connected to a bridge circuit (switching circuit 14) including switching elements S41 to S44. ing. On the other hand, one ends of the low-voltage side windings 32A and 32B are connected to each other by a center tap CT, and the center tap CT is guided to the input / output terminal T3 via the inductor Lch on the low-voltage side high-voltage line L2H. . With such a configuration, the transformer 3 steps down the input AC voltage generated by the switching circuits 11 to 14 or the switching circuit 4 described later, and from each end of the windings 32A and 32B or the end of the windings 31A to 31D. The output AC voltages are 180 degrees out of phase with each other. In this case, the degree of step-down or step-up is determined by the turn ratio between the windings 31A to 31D and the windings 32A and 32B.

スイッチング回路4は、2つのスイッチング素子S10,S20と、これらスイッチング素子S10,S20に対してそれぞれ並列接続されたダイオードD10,D20とを有しており、プッシュプル型の回路構成となっている。ダイオードD10,D20について具体的にみると、ダイオードD10のカソードはトランス3の巻線32Aの他端に接続され、ダイオードD20のカソードはトランス3の巻線32Bの他端に接続されている。また、これらダイオードD10,D20のアノード同士は互いに接続され、低圧側の低圧ラインL2Lに接続されている。つまり、このスイッチング回路4のダイオードD10,D20は、センタタップ型のアノードコモン接続の構成となっている。このような構成によりスイッチング回路4は、後述するように、順方向動作時にはセンタタップ型の整流回路として機能する一方、逆方向動作時にはプッシュプル型のインバータ回路として機能するようになっている。   The switching circuit 4 includes two switching elements S10 and S20 and diodes D10 and D20 connected in parallel to the switching elements S10 and S20, respectively, and has a push-pull circuit configuration. Specifically, the diodes D10 and D20 have a cathode connected to the other end of the winding 32A of the transformer 3 and a cathode of the diode D20 connected to the other end of the winding 32B of the transformer 3. The anodes of the diodes D10 and D20 are connected to each other and connected to a low voltage line L2L on the low voltage side. That is, the diodes D10 and D20 of the switching circuit 4 have a center tap type anode common connection configuration. With such a configuration, as will be described later, the switching circuit 4 functions as a center tap type rectifier circuit during forward operation and functions as a push-pull inverter circuit during reverse operation.

なお、スイッチング素子S10,S20も、例えばMOS−FETやIGBTなどのスイッチ素子から構成される。また、これらスイッチ素子としてMOS―FETを用いた場合には、上記ダイオードD10,D20をそれぞれ、このMOS―FETの寄生ダイオードから構成することが可能である。そのように構成した場合も、スイッチ素子とは別個にダイオードD10,D20を設ける必要がなくなり、回路構成を簡素化することができる。また、このようにダイオードD10,D20をそれぞれMOS―FETの寄生ダイオードから構成するようにした場合、これらMOS−FETの寄生ダイオードが導通する期間と同期して、MOS−FET自身もオン状態とすることが好ましい。より少ない電圧降下で整流することができるからである。   Note that the switching elements S10 and S20 are also composed of switching elements such as MOS-FETs and IGBTs. Further, when MOS-FETs are used as these switch elements, the diodes D10 and D20 can each be constituted by a parasitic diode of the MOS-FET. Even in such a configuration, it is not necessary to provide the diodes D10 and D20 separately from the switch element, and the circuit configuration can be simplified. In addition, when the diodes D10 and D20 are each composed of a MOS-FET parasitic diode, the MOS-FET itself is also turned on in synchronization with the period in which the MOS-FET parasitic diode is conducted. It is preferable. This is because rectification can be performed with a smaller voltage drop.

インダクタLchは、高圧ラインL2Hに挿入配置されており、一端はセンタタップCTに接続され、他端は入出力端子T3に接続されている。また、平滑コンデンサCLは、高圧ラインL2H(具体的には、インダクタLchの他端)と低圧ラインL2Lとの間に設けられ、低圧ラインL2Lの端部には、入出力端子T4が設けられている。このような構成によりインダクタLchは、後述するように順方向動作時にチョークコイルとして機能し、平滑コンデンサCLと共に平滑回路を構成することで、スイッチング回路4で整流された直流電圧を平滑化して直流低圧電圧VLを生成し、これを入出力端子T3,T4から低圧バッテリ52に給電するようになっている。   The inductor Lch is inserted into the high voltage line L2H, and one end is connected to the center tap CT and the other end is connected to the input / output terminal T3. The smoothing capacitor CL is provided between the high voltage line L2H (specifically, the other end of the inductor Lch) and the low voltage line L2L, and an input / output terminal T4 is provided at the end of the low voltage line L2L. Yes. With this configuration, the inductor Lch functions as a choke coil during forward operation as will be described later, and forms a smoothing circuit together with the smoothing capacitor CL, thereby smoothing the DC voltage rectified by the switching circuit 4 and reducing the DC low voltage. A voltage VL is generated and supplied to the low voltage battery 52 from the input / output terminals T3 and T4.

電圧検出回路61は、高圧側の高圧ラインL1H上の接続点P1と低圧ラインL1L上の接続点P2との間に挿入配置されると共に、制御部7に接続されている。電圧検出回路61はこのような構成により、直流高圧電圧VHを検出すると共にこの直流高圧電圧VHの大きさに対応する電圧を制御部7へ出力するようになっている。なお、この電圧検出回路61の具体的な回路構成としては、例えば、接続点P1と接続点P2との間に配置された分圧抵抗(図示せず)によって、直流高圧電圧VHを検出すると共にこれに応じた電圧を生成するものなどが挙げられる。   The voltage detection circuit 61 is inserted between the connection point P1 on the high-voltage side high-voltage line L1H and the connection point P2 on the low-voltage line L1L, and is connected to the control unit 7. With this configuration, the voltage detection circuit 61 detects the DC high voltage VH and outputs a voltage corresponding to the magnitude of the DC high voltage VH to the control unit 7. As a specific circuit configuration of the voltage detection circuit 61, for example, the DC high voltage VH is detected by a voltage dividing resistor (not shown) arranged between the connection point P1 and the connection point P2. For example, a device that generates a voltage corresponding to this.

電圧検出回路62は、低圧側の高圧ラインL2H上の接続点(具体的には、インダクタLchの他端と入出力端子T3との間の接続点)と、制御部7との間に挿入配置されている。電圧検出回路62はこのような構成により、直流低圧電圧VLを検出すると共にこの直流低圧電圧VLの大きさに対応する電圧を制御部7へ出力するようになっている。なお、この電圧検出回路62の具体的な回路構成としては、上記した電圧検出回路61の場合と同様に、例えば上記した高圧ラインL2H上の接続点と接地との間に配置された分圧抵抗(図示せず)よって、直流低圧電圧VLを検出すると共にこれに応じた電圧を生成するものなどが挙げられる。   The voltage detection circuit 62 is inserted between the control unit 7 and a connection point on the high voltage line L2H on the low voltage side (specifically, a connection point between the other end of the inductor Lch and the input / output terminal T3). Has been. With this configuration, the voltage detection circuit 62 detects the DC low voltage VL and outputs a voltage corresponding to the magnitude of the DC low voltage VL to the control unit 7. As a specific circuit configuration of the voltage detection circuit 62, as in the case of the voltage detection circuit 61 described above, for example, a voltage dividing resistor arranged between the connection point on the high voltage line L2H and the ground. (Not shown) Thus, there is one that detects the DC low voltage VL and generates a voltage corresponding to this.

ここで、図2および図3を参照して、制御部7について詳細に説明する。図2は、制御部7の回路構成を表したものであり、図3は、制御部7による電流経路の接続切換制御の詳細を表したものである。   Here, the control unit 7 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows a circuit configuration of the control unit 7, and FIG. 3 shows details of current path connection switching control by the control unit 7.

図2に示したように、制御部7は、発振回路71と、演算回路72と、比較器Comp1,Comp2と、差動増幅器(エラーアンプ)Amp1と、比較器Comp1の基準電源Ref1と、差動増幅器Amp1の基準電源Ref2と、抵抗器R1とを有している。比較器Comp1の正極入力端子は電圧検出回路61の出力端子に接続され、負極入力端子は基準電源Ref1の一端に接続され、出力端子は接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63に接続されている。差動増幅器Amp1の正極入力端子は基準電源Ref2の一端に接続され、負極入力端子は電圧検出回路62の出力端子に接続され、出力端子は比較器Comp2の負極入力端子に接続されている。比較器Comp2の正極入力端子は発振器71の出力端子に接続され、出力端子は演算回路72の入力端子に接続されている。演算回路72の5つの出力端子はそれぞれ、スイッチング回路11〜14,4に接続されている。抵抗器R1は差動増幅器Amp1の負極入力端子と出力端子との間に配置され、基準電源Ref1,Ref2の他端はそれぞれ接地されている。   As shown in FIG. 2, the control unit 7 includes an oscillation circuit 71, an arithmetic circuit 72, comparators Comp1 and Comp2, a differential amplifier (error amplifier) Amp1, and a reference power supply Ref1 of the comparator Comp1. A reference power supply Ref2 of the dynamic amplifier Amp1 and a resistor R1 are included. The positive input terminal of the comparator Comp1 is connected to the output terminal of the voltage detection circuit 61, the negative input terminal is connected to one end of the reference power source Ref1, and the output terminal is connected to the connection changeover switches S51 to S53, S61 to S63. . The positive input terminal of the differential amplifier Amp1 is connected to one end of the reference power supply Ref2, the negative input terminal is connected to the output terminal of the voltage detection circuit 62, and the output terminal is connected to the negative input terminal of the comparator Comp2. The positive input terminal of the comparator Comp2 is connected to the output terminal of the oscillator 71, and the output terminal is connected to the input terminal of the arithmetic circuit 72. The five output terminals of the arithmetic circuit 72 are connected to the switching circuits 11 to 14, 4 respectively. The resistor R1 is disposed between the negative input terminal and the output terminal of the differential amplifier Amp1, and the other ends of the reference power supplies Ref1 and Ref2 are grounded.

比較器Comp1は、しきい値電圧Vth11やしきい値電圧Vth12の電位に対応する基準電源Ref1からの基準電位V1と、電圧検出回路61から出力される直流高圧電圧VHに対応する電圧の電位とを比較し、その比較結果に基づいて接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63をそれぞれ出力するものである。具体的には、直流高圧電圧VHがしきい値電圧Vth11よりも高い場合には、駆動信号SG51,SG53,SG61,SG63は「L」レベルとなる一方、逆に直流高圧電圧VHがしきい値電圧Vth11よりも低い場合には、駆動信号SG51,SG53,SG61,SG63は「H」レベルとなる。また、直流高圧電圧VHがしきい値電圧Vth12よりも高い場合には、駆動信号SG52,SG62は「L」レベルとなる一方、逆に直流高圧電圧VHがしきい値電圧Vth12よりも低い場合には、駆動信号SG52,SG62は「H」レベルとなる。   The comparator Comp1 includes a reference potential V1 from the reference power source Ref1 corresponding to the threshold voltage Vth11 and the threshold voltage Vth12, and a voltage potential corresponding to the DC high voltage VH output from the voltage detection circuit 61. And the drive signals SG51 to SG53 and SG61 to SG63 of the connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 are respectively output based on the comparison result. Specifically, when DC high voltage VH is higher than threshold voltage Vth11, drive signals SG51, SG53, SG61, and SG63 are at the “L” level, while DC high voltage VH is conversely the threshold voltage. When the voltage is lower than the voltage Vth11, the drive signals SG51, SG53, SG61, and SG63 are at the “H” level. Further, when DC high voltage VH is higher than threshold voltage Vth12, drive signals SG52 and SG62 are at "L" level, and conversely, when DC high voltage VH is lower than threshold voltage Vth12. The drive signals SG52 and SG62 are at “H” level.

差動増幅器Amp1は、基準電源Ref2からの基準電位V2と、電圧検出回路62から出力される直流低圧電圧VLに対応する電圧の電位との電位差を増幅して出力するものである。   The differential amplifier Amp1 amplifies and outputs the potential difference between the reference potential V2 from the reference power supply Ref2 and the potential of the voltage corresponding to the DC low voltage VL output from the voltage detection circuit 62.

比較器Comp2は、発振回路71から出力されるパルス電圧PLS1の電位と、差動増幅器Amp1からの出力電圧の電位とを比較し、その比較結果に基づいてスイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44の駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44のもととなるパルス電圧を出力するものである。具体的には、差動増幅器Amp1からの出力電圧がパルス電圧PLS1よりも高い場合には出力は「L」レベルとなる一方、逆に差動増幅器Amp1からの出力電圧がパルス電圧PLS1よりも低い場合には直流入力出力は「H」レベルとなる。   The comparator Comp2 compares the potential of the pulse voltage PLS1 output from the oscillation circuit 71 with the potential of the output voltage from the differential amplifier Amp1, and based on the comparison result, the switching elements S11 to S14, S21 to S24, The pulse voltage used as the origin of the drive signals SG11-SG14, SG21-SG24, SG31-SG34, SG41-SG44 of S31-S34, S41-S44 is output. Specifically, when the output voltage from the differential amplifier Amp1 is higher than the pulse voltage PLS1, the output is at the “L” level, whereas the output voltage from the differential amplifier Amp1 is lower than the pulse voltage PLS1. In this case, the DC input / output becomes “H” level.

演算回路72は、比較器Comp2から出力されるパルス電圧の信号に対して論理演算を行い、スイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44,S10,S20の駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44,SG10,SG20を出力するものである。また、この演算回路72は、スイッチング素子S10,S20の駆動信号SG10,SG20も出力するようになっている。   The arithmetic circuit 72 performs a logical operation on the pulse voltage signal output from the comparator Comp2, and drives the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, S41 to S44, S10, and the drive signals SG11 to S20. SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44, SG10, and SG20 are output. The arithmetic circuit 72 also outputs drive signals SG10 and SG20 for the switching elements S10 and S20.

制御部7はこのような構成により、スイッチング回路11内のスイッチング素子S11〜S14、スイッチング回路12内のスイッチング素子S21〜S24、スイッチング回路13内のスイッチング素子S31〜S34、スイッチング回路14内のスイッチング素子S41〜S44およびスイッチング回路4内のスイッチング素子S10,S20の動作をそれぞれ制御するようになっている。具体的には、順方向動作時には、駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44によってスイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44をオン・オフ制御し、直流低圧電圧VLを安定化させる(一定に保つ)ようになっている。より具体的には、電圧検出回路62によって検出された直流低圧電圧VLが高くなると、制御部7から出力される駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44のデューティ比が小さくなり、逆に検出された直流低圧電圧VLが低くなると、駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44のデューティ比が大きくなり、直流低圧電圧VLが一定に保たれるようになっている。なお、この制御部7が、スイッチング回路11〜14内のダイオードD11〜D14,D21〜D24,D31〜D34,D41〜D44やスイッチング回路4内のダイオードD10,D20の導通期間にそれぞれ同期してスイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44やスイッチング素子S10,S20がオン状態となるように制御した場合(同期整流)には、これらD11〜D14,D21〜D24,D31〜D34,D41〜D44,D10,D20での電力損失を低減することができる。   With this configuration, the control unit 7 has the switching elements S11 to S14 in the switching circuit 11, the switching elements S21 to S24 in the switching circuit 12, the switching elements S31 to S34 in the switching circuit 13, and the switching elements in the switching circuit 14. The operations of S41 to S44 and the switching elements S10 and S20 in the switching circuit 4 are respectively controlled. Specifically, during forward operation, the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, and S41 to S44 are turned on / off by drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44. The DC low voltage VL is stabilized (maintained constant). More specifically, when the DC low voltage VL detected by the voltage detection circuit 62 increases, the duty ratios of the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 output from the control unit 7 are increased. If the detected DC low voltage VL decreases, the duty ratio of the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 increases, and the DC low voltage VL is kept constant. It is like that. The control unit 7 switches in synchronization with the conduction periods of the diodes D11 to D14, D21 to D24, D31 to D34, D41 to D44 in the switching circuits 11 to 14 and the diodes D10 and D20 in the switching circuit 4, respectively. When the elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, S41 to S44 and the switching elements S10 and S20 are controlled to be turned on (synchronous rectification), these D11 to D14, D21 to D24, D31 to Power loss at D34, D41 to D44, D10, and D20 can be reduced.

また、この制御部7は、順方向動作時には、電圧検出回路61から出力される直流高圧電圧VHに応じた電圧の大きさ(入力電圧の大きさ)に従って、駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63によって接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の動作をそれぞれ制御し、スイッチング回路11と巻線31Aとを通る電流経路(第1の電流経路)と、スイッチング回路12と巻線31Bとを通る電流経路(第2の電流経路)と、スイッチング回路13と巻線31Cとを通る電流経路(第3の電流経路)と、スイッチング回路14と巻線31Dとを通る電流経路(第4の電流経路)との接続状態を切り換える一方、逆方向動作時には、出力電圧である直流高圧電圧VHが所定の目標電圧値となるように、この目標電圧値の大きさに応じて、順方向動作時と同様の接続状態の切換を行うようになっている。   Further, during forward operation, the control unit 7 drives the drive signals SG51 to SG53, SG61 to SG63 according to the magnitude of the voltage (the magnitude of the input voltage) according to the DC high voltage VH output from the voltage detection circuit 61. To control the operations of the connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63, respectively, and a current path (first current path) passing through the switching circuit 11 and the winding 31A, and a current passing through the switching circuit 12 and the winding 31B. A path (second current path), a current path (third current path) passing through the switching circuit 13 and the winding 31C, and a current path (fourth current path) passing through the switching circuit 14 and the winding 31D. In the reverse operation, the target voltage value is increased so that the DC high voltage VH, which is the output voltage, becomes a predetermined target voltage value. Depending on, and performs switching of the same connection state as during forward operation.

具体的には、図3に示したように、まず、順方向動作時には電圧検出回路61によって検出された直流高圧電圧VH(逆方向動作時には直流高圧電圧VHの目標電圧値が)が所定のしきい値電圧Vth11(逆方向動作時は所定のしきい値電圧Vth21とする)よりも低い場合には、制御部7は、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63がそれぞれオン状態となるように制御する。すると、上記第1〜第4の電流経路が互いに並列接続状態(4並列接続状態)となる。また、検出された直流高圧電圧VH(逆方向動作時には直流高圧電圧VHの目標電圧値)がしきい値電圧Vth11(逆方向動作時はしきい値電圧Vth21)以上かつ所定のしきい値電圧Vth12(逆方向動作時は所定のしきい値電圧Vth22とする)未満の場合には、制御部7は、接続切換スイッチS51,S61,S53,S63がそれぞれオフ状態となるように制御する。すると、第1の電流経路および第2の電流経路、ならびに第3の電流経路および第4の電流経路がそれぞれ直列接続状態となり、これらの直列接続同士が互いに並列接続状態となる。すなわち、これら第1〜第4の電流経路が、互いに直列と並列との混合接続状態(2直列2並列接続状態)となる。さらに、検出された直流高圧電圧VH(逆方向動作時には直流高圧電圧VHの目標電圧値)がしきい値電圧Vth12(逆方向動作時はしきい値電圧Vth22)以上の場合には、制御部7は、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63がいずれもオフ状態となるように制御する。すると、第1〜第4の電流経路が互いに直列接続状態(4直列接続状態)となる。ここで、トランス3における巻線31A〜31Dの巻数npと巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比(np/ns)を、4並列接続状態、2直列2並列状態、および4直列接続状態で比較すると、4直列接続状態(巻数比=4n)では4並列接続状態(巻数比=n)と比べて4倍の大きさとなり、2直列2並列接続状態(巻数比=2n)では4並列接続状態と比べて2倍の大きさとなっている。なお、この制御部7による接続切換制御の詳細については、後述する。   Specifically, as shown in FIG. 3, first, the DC high voltage VH detected by the voltage detection circuit 61 during the forward operation (the target voltage value of the DC high voltage VH during the reverse operation) is predetermined. When it is lower than the threshold voltage Vth11 (predetermined threshold voltage Vth21 during reverse operation), the control unit 7 causes the connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 to be turned on. Control. Then, the first to fourth current paths are connected in parallel to each other (four parallel connection states). Further, the detected DC high voltage VH (the target voltage value of the DC high voltage VH during reverse operation) is equal to or higher than the threshold voltage Vth11 (threshold voltage Vth21 during reverse operation) and a predetermined threshold voltage Vth12. If it is less than the predetermined threshold voltage Vth22 during reverse operation, the control unit 7 controls the connection changeover switches S51, S61, S53, and S63 to be turned off. Then, the first current path, the second current path, the third current path, and the fourth current path are respectively connected in series, and these series connections are connected in parallel to each other. That is, these first to fourth current paths are in a mixed connection state (two series and two parallel connection states) in series and parallel to each other. Further, when the detected DC high voltage VH (target voltage value of DC high voltage VH during reverse operation) is equal to or higher than threshold voltage Vth12 (threshold voltage Vth22 during reverse operation), control unit 7 Controls the connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 so that they are all turned off. Then, the first to fourth current paths are in series connection with each other (four series connection states). Here, the turns ratio (np / ns) between the number of turns np of the windings 31A to 31D and the number of turns ns of the windings 32A and 32B in the transformer 3 is 4 parallel connection state, 2 series 2 parallel state, and 4 series connection state. In comparison, the four series connection state (turn ratio = 4n) is four times as large as the four parallel connection state (turn ratio = n), and the four series connection state (turn ratio = 2n) is four parallel. It is twice as large as the connected state. Details of the connection switching control by the control unit 7 will be described later.

ここで、スイッチング素子S11〜S14、スイッチング素子S21〜S24、スイッチング素子S31〜S34およびスイッチング素子S41〜S44が、それぞれ本発明における「4つのスイッチング素子」の一具体例に対応し、スイッチング回路11〜14が本発明における「複数の第1の回路」および「複数の回路」の一具体例に対応する。また、巻線31A〜31Dが本発明における「第1の巻線」の一具体例に対応し、巻線32A,32Bが本発明における「第2の巻線」の一具体例に対応する。また、制御部7が、本発明における「駆動回路」、「第1の制御部」および「第2の制御部」の一具体例に対応する。また、インダクタLr1〜Lr4が本発明における「複数のインダクタ」の一具体例に対応する。また、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63が本発明における「複数の接続切換素子」の一具体例に対応し、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63、電圧検出回路61,62、および制御部7が、本発明における「接続切換手段」の一具体例に対応する。また、入出力端子T1,T2が本発明における「第1の端子対」の一具体例に対応し、入出力端子T3,T4が本発明における「第2の端子対」の一具体例に対応する。また、直流高圧電圧VHが本発明における「第1の直流電圧」の一具体例に対応し、直流低圧電圧VLが本発明における「第2の直流電圧」の一具体例に対応する。   Here, the switching elements S11 to S14, the switching elements S21 to S24, the switching elements S31 to S34, and the switching elements S41 to S44 each correspond to a specific example of “four switching elements” in the present invention, and the switching circuits 11 to 14 corresponds to a specific example of “a plurality of first circuits” and “a plurality of circuits” in the present invention. The windings 31A to 31D correspond to a specific example of “first winding” in the present invention, and the windings 32A and 32B correspond to a specific example of “second winding” in the present invention. The control unit 7 corresponds to a specific example of “driving circuit”, “first control unit”, and “second control unit” in the present invention. Further, the inductors Lr1 to Lr4 correspond to a specific example of “a plurality of inductors” in the present invention. The connection change-over switches S51 to S53 and S61 to S63 correspond to a specific example of “a plurality of connection change-over elements” in the present invention. The controller 7 corresponds to a specific example of “connection switching means” in the present invention. The input / output terminals T1 and T2 correspond to a specific example of “first terminal pair” in the present invention, and the input / output terminals T3 and T4 correspond to a specific example of “second terminal pair” in the present invention. To do. Further, the DC high voltage VH corresponds to a specific example of “first DC voltage” in the present invention, and the DC low voltage VL corresponds to a specific example of “second DC voltage” in the present invention.

次に、以上のような構成のスイッチング電源装置の動作について説明する。まず、スイッチング電源装置の基本動作を、順方向動作および逆方向動作に分けて説明する。   Next, the operation of the switching power supply device configured as described above will be described. First, the basic operation of the switching power supply device will be described by dividing it into forward operation and reverse operation.

まず、順方向動作(直流高圧電圧VHから直流低圧電圧VLへの降圧動作)時には、スイッチング回路11〜14内のスイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44は、それぞれ制御部7からの駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44によってオン・オフ動作し、インバータ回路として機能する一方、スイッチング回路4内のスイッチング素子S10,S20は、駆動信号SG10,SG20によってオフ状態となり、整流回路として機能する。また、インダクタLchはチョークコイルとして機能する。なお、前述した同期整流の場合には、スイッチング素子S10,S20もオン・オフ動作することになる。   First, during forward operation (step-down operation from the DC high voltage VH to the DC low voltage VL), the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, and S41 to S44 in the switching circuits 11 to 14 are respectively controlled. On / off operation is performed by the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 from the unit 7 and functions as an inverter circuit, while the switching elements S10 and S20 in the switching circuit 4 are driven by the drive signal SG10. SG20 are turned off and function as a rectifier circuit. Further, the inductor Lch functions as a choke coil. In the case of the synchronous rectification described above, the switching elements S10 and S20 are also turned on / off.

よって、この順方向動作時には、以下のような基本動作となる。まず、高圧バッテリ51から入出力端子T1,T2間に直流高圧電圧VHが印加され、インバータ回路として機能するスイッチング回路11〜14によって、入力交流電圧が生成される。   Therefore, during this forward operation, the following basic operation is performed. First, a DC high voltage VH is applied from the high voltage battery 51 between the input / output terminals T1 and T2, and an input AC voltage is generated by the switching circuits 11 to 14 functioning as an inverter circuit.

次に、この入力交流電圧がトランス3の巻線31A〜31Dに入力すると変圧(この場合、降圧)され、巻線32A,32Bから出力交流電圧が出力される。そしてこの出力交流電圧が、整流回路として機能するスイッチング回路4内のダイオードD10,D20によって整流され、チョークコイルとして機能するインダクタLchと平滑コンデンサCLとによって平滑化されることで、入出力端子T3,T4から直流低圧電圧VLとして出力され、低圧バッテリ52に給電される。   Next, when this input AC voltage is input to the windings 31A to 31D of the transformer 3, it is transformed (in this case, stepped down), and the output AC voltage is output from the windings 32A and 32B. The output AC voltage is rectified by the diodes D10 and D20 in the switching circuit 4 functioning as a rectifier circuit, and smoothed by the inductor Lch and the smoothing capacitor CL functioning as a choke coil, whereby the input / output terminals T3 and T3 are output. The voltage is output as a DC low voltage VL from T4 and supplied to the low voltage battery 52.

一方、逆方向動作(直流低圧電圧VLから直流高圧電圧VHへの昇圧動作)時には、逆にスイッチング回路11〜14内のスイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44は、駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44によってオフ状態となり、整流回路として機能する一方、スイッチング回路4内のスイッチング素子S10,S20は、駆動信号SG10,SG20によってオン・オフ動作し、インバータ回路として機能する。また、インダクタLchは昇圧用インダクタとして機能する。なお、前述した同期整流の場合には、スイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44もオン・オフ動作することになる。   On the other hand, at the time of reverse operation (step-up operation from the DC low voltage VL to the DC high voltage VH), the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, and S41 to S44 in the switching circuits 11 to 14 are The drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 are turned off and function as a rectifier circuit, while the switching elements S10 and S20 in the switching circuit 4 are turned on and off by the drive signals SG10 and SG20. Operates and functions as an inverter circuit. The inductor Lch functions as a boosting inductor. In the case of the synchronous rectification described above, the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, and S41 to S44 are also turned on / off.

よって、この逆方向動作時には、以下のような基本動作となる。まず、低圧バッテリ52から入出力端子T3,T4間に直流低圧電圧VLが印加され、昇圧用インダクタとして機能するインダクタLchおよびインバータ回路として機能するスイッチング回路4によって、入力交流電圧が生成される。   Therefore, the basic operation is as follows during this backward operation. First, a DC low voltage VL is applied from the low voltage battery 52 to the input / output terminals T3 and T4, and an input AC voltage is generated by the inductor Lch functioning as a boosting inductor and the switching circuit 4 functioning as an inverter circuit.

次に、この入力交流電圧がトランス3の巻線32A,32Bにそれぞれ入力すると変圧(この場合、昇圧)され、巻線31A〜31Dから出力交流電圧が出力される。そしてこの出力交流電圧が、整流回路として機能するスイッチング回路11〜14内のダイオードD11〜D14,D21〜D24,D31〜D34,D41〜D44によって整流され、入出力端子T1,T2から直流高圧電圧VHとして出力され、高圧バッテリ51に給電される。   Next, when the input AC voltage is input to the windings 32A and 32B of the transformer 3, respectively, the voltage is transformed (in this case, boosted), and the output AC voltage is output from the windings 31A to 31D. The output AC voltage is rectified by the diodes D11 to D14, D21 to D24, D31 to D34, and D41 to D44 in the switching circuits 11 to 14 functioning as a rectifier circuit, and the DC high voltage VH from the input / output terminals T1 and T2. And is fed to the high voltage battery 51.

このようにして、本実施の形態のスイッチング電源装置において、順方向動作および逆方向動作がなされるようになっている。   In this way, the forward operation and the backward operation are performed in the switching power supply device of the present embodiment.

次に、図3〜図20を参照して、本発明の主な特徴である電流経路の接続切換動作を、順方向動作および逆方向動作に分けて詳細に説明する。   Next, with reference to FIGS. 3 to 20, the current path connection switching operation, which is the main feature of the present invention, will be described in detail by dividing it into a forward operation and a backward operation.

<順方向動作時の接続切換動作>
まず、図4〜図13を参照して、順方向動作時の電流経路の接続切換動作について説明する。
<Connection switching operation during forward operation>
First, the connection switching operation of the current path during the forward operation will be described with reference to FIGS.

図4〜図9はそれぞれ、本実施の形態のスイッチング電源装置における順方向時の動作状態を表したものである。このうち、図4,図5は、前述の第1〜第4の電流経路が互いに4並列接続状態にある場合を、図6,図7は、これらが互いに2直列2並列接続状態にある場合を、図8,図9は、これらが互いに4直列接続状態にある場合を、それぞれ表している。また、図10は、これら4並列接続状態、2直列2並列接続状態、および4直列接続状態における、順方向動作時の直流高圧電圧VHとデューティ比(駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,駆動信号SG31〜SG34,SG41〜SG44におけるオン・デューティ比)との関係を表したものである。   4 to 9 each show an operation state in the forward direction in the switching power supply device of the present embodiment. 4 and 5 show the case where the above-mentioned first to fourth current paths are in a 4-parallel connection state, and FIGS. 6 and 7 show the case where they are in a 2-series 2-parallel connection state. 8 and FIG. 9 respectively show the case where these are in a four-series connection state. FIG. 10 shows the DC high voltage VH and the duty ratio (drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, drive in forward operation) in these 4 parallel connection state, 2 series 2 parallel connection state, and 4 series connection state. This shows the relationship with the signals SG31 to SG34, SG41 to SG44).

まず、図4,図5に示した4並列接続状態は、例えば図10に示したように、電圧検出回路61によって検出された直流高圧電圧VHがしきい値電圧Vth11よりも低い場合である。この場合、制御部7によって、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜63がそれぞれオン状態となるように設定され(図3参照)、スイッチング回路11〜14同士は互いに独立した並列動作を行う。   First, the 4 parallel connection state shown in FIGS. 4 and 5 is a case where the DC high voltage VH detected by the voltage detection circuit 61 is lower than the threshold voltage Vth11 as shown in FIG. 10, for example. In this case, the connection selector switches S51 to S53 and S61 to 63 are set to be in an ON state by the control unit 7 (see FIG. 3), and the switching circuits 11 to 14 perform parallel operations independent of each other.

具体的には、図4に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、スイッチング素子S11、インダクタLr1、巻線31A、スイッチング素子S14および接続切換スイッチS61を通る電流経路Ip11(第1の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS51、スイッチング素子S21、巻線31B、インダクタLr2、スイッチング素子S24および接続切換スイッチS62を通る電流経路Ip12(第2の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS52、スイッチング素子S31、インダクタLr3、巻線31C、スイッチング素子S34および接続切換スイッチS63を通る電流経路Ip13(第3の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS53、スイッチング素子S41、巻線31D、インダクタLr4およびスイッチング素子S44を通る電流経路Ip14(第4の電流経路に対応)とが、それぞれ並列接続状態となる。   Specifically, in the operation state shown in FIG. 4, the current path Ip11 (corresponding to the first current path) passing through the smoothing capacitor CH, the switching element S11, the inductor Lr1, the winding 31A, the switching element S14, and the connection changeover switch S61. ), A smoothing capacitor CH, a connection switch S51, a switching element S21, a winding 31B, an inductor Lr2, a switching element S24, and a current switching path S62 and a connection switching switch S62, and a smoothing capacitor CH , A connection switch S52, a switching element S31, an inductor Lr3, a winding 31C, a switching element S34, and a current path Ip13 (corresponding to the third current path) passing through the connection switch S63, a smoothing capacitor CH, a connection switch S53, Switching element S41, winding 31D, inductor Lr4 and a current path Ip14 through the switching element S44 (corresponding to the fourth current path), but the respective parallel connection state.

また、図5に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS51、スイッチング素子S13、巻線31A、インダクタLr1およびスイッチング素子S12を通る電流経路Ip21(第1の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS52、スイッチング素子S23、インダクタLr2、巻線31B、スイッチング素子S22および接続切換スイッチS61を通る電流経路Ip22(第2の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS53、スイッチング素子S33、巻線31C、インダクタLr3、スイッチング素子S32および接続切換スイッチS62を通る電流経路Ip23(第3の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、スイッチング素子S43、インダクタLr4、巻線31D、スイッチング素子S42および接続切換スイッチS63を通る電流経路Ip24(第4の電流経路に対応)とが、それぞれ並列接続状態となる。   Further, in the operation state shown in FIG. 5, the current path Ip21 (corresponding to the first current path) passing through the smoothing capacitor CH, the connection changeover switch S51, the switching element S13, the winding 31A, the inductor Lr1, and the switching element S12; Smoothing capacitor CH, connection switching switch S52, switching element S23, inductor Lr2, winding 31B, current path Ip22 (corresponding to the second current path) passing through switching element S22 and connection switching switch S61, smoothing capacitor CH, connection switching A current path Ip23 (corresponding to the third current path) passing through the switch S53, the switching element S33, the winding 31C, the inductor Lr3, the switching element S32 and the connection changeover switch S62, the smoothing capacitor CH, the switching element S43, the inductor Lr4, the winding 31D, a current path Ip24 through the switching element S42, and connection changeover switch S63 (corresponding to the fourth current path), but the respective parallel connection state.

ここで、トランス3内の4つの高圧側の巻線31A〜31Dは、それぞれ4つのスイッチング回路11〜14に対応すると共に互いに巻数が等しいことから、この4並列接続状態における高圧側の巻線31A〜31Dの巻数npと低圧側の巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比は、そのまま(np/ns)(=nとする)となる(図3参照)。   Here, the four high-voltage side windings 31A to 31D in the transformer 3 correspond to the four switching circuits 11 to 14, respectively, and have the same number of turns. Therefore, the high-voltage side winding 31A in this four-parallel connection state. The winding ratio between the winding number np of .about.31D and the winding number ns of the low-voltage side windings 32A and 32B is (np / ns) (= n) as it is (see FIG. 3).

また、図6,図7に示した2直列2並列接続状態は、例えば図10に示したように、電圧検出回路61によって検出された直流高圧電圧VHがしきい値電圧Vth11以上でしきい値電圧Vth12よりも低い場合である。この場合、制御部7によって、接続切換スイッチS51,S61,S53,S63がそれぞれオフ状態となるように設定される一方、接続切換スイッチS52,S62がそれぞれオン状態となるように設定され(図3参照)、スイッチング回路11,12とスイッチング回路13,14とが互いに独立した並列動作を行う。   Further, the two series two parallel connection states shown in FIGS. 6 and 7 are, for example, as shown in FIG. 10, when the DC high voltage VH detected by the voltage detection circuit 61 is equal to or higher than the threshold voltage Vth11. This is the case when the voltage is lower than Vth12. In this case, the control unit 7 sets the connection change-over switches S51, S61, S53, and S63 to be turned off, while setting the connection change-over switches S52 and S62 to be turned on (FIG. 3). The switching circuits 11 and 12 and the switching circuits 13 and 14 perform independent parallel operations.

具体的には、図6に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、スイッチング素子S11、インダクタLr1および巻線31Aを通る電流経路(第1の電流経路に対応)と、巻線31B、インダクタLr2、スイッチング素子S24および接続切換スイッチS62を通る電流経路(第2の電流経路に対応)とが、ダイオードD13およびスイッチング素子S21を通る電流経路とスイッチング素子S14およびダイオードD22を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。また、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS52、スイッチング素子S31、インダクタLr3および巻線31Cを通る電流経路(第3の電流経路に対応)と、巻線31D、インダクタLr4およびスイッチング素子S44を通る電流経路(第4の電流経路に対応)とが、ダイオードD33およびスイッチング素子S41を通る電流経路とスイッチング素子S34およびダイオードD42を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。すなわち、平滑コンデンサCH、スイッチング素子S11、インダクタLr1、巻線31A、スイッチング素子S14およびダイオードD22(またはダイオードD13およびスイッチング素子S21)、巻線31B、インダクタLr2、スイッチング素子S24ならびに接続切換スイッチS62を通る電流経路Isp11と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS52、スイッチング素子S31、インダクタLr3、巻線31C、スイッチング素子S34およびダイオードD42(またはダイオードD33およびスイッチング素子S41)、巻線31D、インダクタLr4ならびにスイッチング素子S44を通る電流経路Isp12とが形成される。   Specifically, in the operation state shown in FIG. 6, the current path (corresponding to the first current path) passing through the smoothing capacitor CH, the switching element S11, the inductor Lr1, and the winding 31A, the winding 31B, the inductor Lr2, A current path passing through the switching element S24 and the connection changeover switch S62 (corresponding to the second current path) is coupled by a current path passing through the diode D13 and the switching element S21 and a current path passing through the switching element S14 and the diode D22. They are connected in series with each other. Further, a current path (corresponding to the third current path) passing through the smoothing capacitor CH, the connection changeover switch S52, the switching element S31, the inductor Lr3, and the winding 31C, and a current path passing through the winding 31D, the inductor Lr4, and the switching element S44. (Corresponding to the fourth current path) are coupled by a current path passing through the diode D33 and the switching element S41 and a current path passing through the switching element S34 and the diode D42, and are connected in series. That is, it passes through the smoothing capacitor CH, switching element S11, inductor Lr1, winding 31A, switching element S14 and diode D22 (or diode D13 and switching element S21), winding 31B, inductor Lr2, switching element S24 and connection changeover switch S62. Current path Isp11, smoothing capacitor CH, connection changeover switch S52, switching element S31, inductor Lr3, winding 31C, switching element S34 and diode D42 (or diode D33 and switching element S41), winding 31D, inductor Lr4 and switching element A current path Isp12 passing through S44 is formed.

また、図7に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS52、スイッチング素子S23、インダクタLr2および巻線31Bを通る電流経路(第2の電流経路に対応)と、巻線31A、インダクタLr1およびスイッチング素子S12を通る電流経路(第1の電流経路に対応)とが、ダイオードD21およびスイッチング素子S13を通る電流経路とスイッチング素子S22およびダイオードD14を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。また、平滑コンデンサCH、スイッチング素子S43、インダクタLr4および巻線31Dを通る電流経路(第4の電流経路に対応)と、巻線31C、インダクタLr3、スイッチング素子S32および接続切換スイッチS62を通る電流経路(第3の電流経路に対応)とが、ダイオードD41およびスイッチング素子S33を通る電流経路とスイッチング素子S42およびダイオードD34を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。すなわち、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS52、スイッチング素子S23、インダクタLr2、巻線31B、スイッチング素子S22およびダイオードD14(またはダイオードD21およびスイッチング素子S13)、巻線31A、インダクタLr1ならびにスイッチング素子S12を通る電流経路Isp21と、平滑コンデンサCH、スイッチング素子S43、インダクタLr4、巻線31D、スイッチング素子S42およびダイオードD34(またはダイオードD41およびスイッチング素子S33)、巻線31C、インダクタLr3、スイッチング素子S32ならびに接続切換スイッチS62を通る電流経路Isp22とが形成される。   In the operation state shown in FIG. 7, the current path (corresponding to the second current path) passing through the smoothing capacitor CH, the connection changeover switch S52, the switching element S23, the inductor Lr2, and the winding 31B, the winding 31A, the inductor A current path through Lr1 and switching element S12 (corresponding to the first current path) is coupled by a current path through diode D21 and switching element S13 and a current path through switching element S22 and diode D14, and connected in series with each other. It becomes a state. Further, a current path (corresponding to the fourth current path) passing through the smoothing capacitor CH, the switching element S43, the inductor Lr4 and the winding 31D, and a current path passing through the winding 31C, the inductor Lr3, the switching element S32 and the connection changeover switch S62. (Corresponding to the third current path) are coupled by a current path passing through the diode D41 and the switching element S33 and a current path passing through the switching element S42 and the diode D34, and are connected in series. That is, it passes through the smoothing capacitor CH, the connection changeover switch S52, the switching element S23, the inductor Lr2, the winding 31B, the switching element S22 and the diode D14 (or the diode D21 and the switching element S13), the winding 31A, the inductor Lr1 and the switching element S12. Current path Isp21, smoothing capacitor CH, switching element S43, inductor Lr4, winding 31D, switching element S42 and diode D34 (or diode D41 and switching element S33), winding 31C, inductor Lr3, switching element S32 and connection changeover switch A current path Isp22 passing through S62 is formed.

ここで、前述のようにトランス3の巻線31A〜31Dはそれぞれ4つのスイッチング回路11〜14に対応すると共に互いに巻数が等しいことから、この2直列2並列接続状態における高圧側の巻線31A〜31Dの巻数npと低圧側の巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比は、2×(np/ns)=2nとなる(図3参照)。すなわち、この2直列2並列接続状態における巻数比は、4並列接続状態の場合(巻数比=n)と比べ、2倍の大きさとなる。   Here, as described above, the windings 31A to 31D of the transformer 3 correspond to the four switching circuits 11 to 14, respectively, and have the same number of turns. The turn ratio between the turn number np of 31D and the turn number ns of the low-voltage side windings 32A and 32B is 2 × (np / ns) = 2n (see FIG. 3). That is, the turn ratio in the 2-series 2-parallel connection state is twice as large as that in the 4-parallel connection state (turn ratio = n).

また、図8,図9に示した4直列接続状態は、例えば図10に示したように、電圧検出回路61によって検出された直流高圧電圧VHがしきい値電圧Vth12以上の場合である。この場合、制御部7によって、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63がそれぞれオフ状態となるように設定され(図3参照)、スイッチング回路11〜14同士が互いに結合した直列動作を行う。   Further, the four series connection states shown in FIGS. 8 and 9 are cases where the DC high voltage VH detected by the voltage detection circuit 61 is equal to or higher than the threshold voltage Vth12 as shown in FIG. 10, for example. In this case, the connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 are set by the control unit 7 so as to be turned off (see FIG. 3), and the switching circuits 11 to 14 are connected in series with each other.

具体的には、図8に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、スイッチング素子S11、インダクタLr1および巻線31Aを通る電流経路(第1の電流経路に対応)と、巻線31BおよびインダクタLr2を通る電流経路(第2の電流経路に対応)と、インダクタLr3および巻線31Cを通る電流経路(第3の電流経路に対応)と、巻線31D、インダクタLr4およびスイッチング素子S44を通る電流経路(第4の電流経路に対応)とが、ダイオードD13およびスイッチング素子S21を通る電流経路と、スイッチング素子S14およびダイオードD22を通る電流経路と、ダイオードD23およびスイッチング素子S31を通る電流経路と、スイッチング素子S24およびダイオードD32を通る電流経路と、ダイオードD33およびスイッチング素子S41を通る電流経路と、スイッチング素子S34およびダイオードD42を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。すなわち、平滑コンデンサCH、スイッチング素子S11、インダクタLr1、巻線31A、スイッチング素子S14およびダイオードD22(またはダイオードD13およびスイッチング素子S21)、巻線31B、インダクタLr2、スイッチング素子S24およびダイオードD32(またはダイオードD23およびスイッチング素子S31)、インダクタLr3、巻線31C、スイッチング素子S34およびダイオードD42(またはダイオードD33およびスイッチング素子S41)、巻線31D、インダクタLr4ならびにスイッチング素子S44を通る電流経路Is1が形成される。   Specifically, in the operation state shown in FIG. 8, the current path (corresponding to the first current path) passing through the smoothing capacitor CH, the switching element S11, the inductor Lr1, and the winding 31A, the winding 31B and the inductor Lr2 are connected. A current path through (corresponding to the second current path), a current path through the inductor Lr3 and the winding 31C (corresponding to the third current path), and a current path through the winding 31D, the inductor Lr4 and the switching element S44 ( Corresponds to the fourth current path), the current path through the diode D13 and the switching element S21, the current path through the switching element S14 and the diode D22, the current path through the diode D23 and the switching element S31, and the switching element S24. Current path through diode D32 and diode D3 And a current path through the switching element S41, are coupled by a current path through the switching element S34 and the diode D42, the series connection state to each other. That is, smoothing capacitor CH, switching element S11, inductor Lr1, winding 31A, switching element S14 and diode D22 (or diode D13 and switching element S21), winding 31B, inductor Lr2, switching element S24 and diode D32 (or diode D23) And the switching element S31), the inductor Lr3, the winding 31C, the switching element S34 and the diode D42 (or the diode D33 and the switching element S41), the winding 31D, the inductor Lr4, and the current path Is1 passing through the switching element S44.

また、図9に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、スイッチング素子S43、インダクタLr4および巻線31Dを通る電流経路(第4の電流経路に対応)と、巻線31CおよびインダクタLr3を通る電流経路(第3の電流経路に対応)と、インダクタLr2および巻線31Bを通る電流経路(第2の電流経路に対応)と、巻線31A、インダクタLr1およびスイッチング素子S12を通る電流経路(第1の電流経路に対応)とが、ダイオードD41およびスイッチング素子S33を通る電流経路と、スイッチング素子S42およびダイオードD34を通る電流経路と、ダイオードD31およびスイッチング素子S23を通る電流経路と、スイッチング素子S32およびダイオードD24を通る電流経路と、ダイオードD21およびスイッチング素子S13を通る電流経路と、スイッチング素子S22およびダイオードD14を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。すなわち、平滑コンデンサCH、スイッチング素子S43、インダクタLr4、巻線31D、スイッチング素子S42およびダイオードD34(またはダイオードD41およびスイッチング素子S33)、巻線31C、インダクタLr3、スイッチング素子S32およびダイオードD24(またはダイオードD31およびスイッチング素子S23)、インダクタLr2、巻線31B、スイッチング素子S22およびダイオードD14(またはダイオードD21およびスイッチング素子S13)、巻線31A、インダクタLr1ならびにスイッチング素子S12を通る電流経路Is2が形成される。   In the operation state shown in FIG. 9, the current path passing through the smoothing capacitor CH, the switching element S43, the inductor Lr4, and the winding 31D (corresponding to the fourth current path), and the current path passing through the winding 31C and the inductor Lr3. (Corresponding to the third current path), the current path passing through the inductor Lr2 and the winding 31B (corresponding to the second current path), and the current path passing through the winding 31A, the inductor Lr1 and the switching element S12 (first Corresponds to the current path), the current path through the diode D41 and the switching element S33, the current path through the switching element S42 and the diode D34, the current path through the diode D31 and the switching element S23, and the switching element S32 and the diode D24. Current path through the diode D21 and A current path through the switching element S13, are coupled by a current path through the switching element S22 and the diode D14, the series connection state to each other. That is, smoothing capacitor CH, switching element S43, inductor Lr4, winding 31D, switching element S42 and diode D34 (or diode D41 and switching element S33), winding 31C, inductor Lr3, switching element S32 and diode D24 (or diode D31) And the switching element S23), the inductor Lr2, the winding 31B, the switching element S22 and the diode D14 (or the diode D21 and the switching element S13), the winding 31A, the current path Is2 passing through the inductor Lr1 and the switching element S12.

ここで、前述のようにトランス3の巻線31A〜31Dはそれぞれ4つのスイッチング回路11〜14に対応すると共に互いに巻数が等しいことから、この4直列接続状態における高圧側の巻線31A〜31Dの巻数npと低圧側の巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比は、4×(np/ns)=4nとなる(図3参照)。すなわち、この4直列接続状態における巻数比は、4並列接続状態の場合(巻数比=n)と比べ、4倍の大きさとなる。   Here, as described above, the windings 31A to 31D of the transformer 3 respectively correspond to the four switching circuits 11 to 14 and have the same number of turns. Therefore, the windings 31A to 31D on the high-voltage side in this four-series connection state. The turn ratio between the number of turns np and the number of turns ns of the low-voltage side windings 32A and 32B is 4 × (np / ns) = 4n (see FIG. 3). That is, the turn ratio in the 4-series connection state is four times as large as that in the 4-parallel connection state (turn ratio = n).

このようにして、例えば図10のグラフG1に示したように、4並列接続状態よりも2直列2並列接続状態のほうが、そして2直列2並列接続状態よりも4直列接続状態のほうが、入力電圧である直流高圧電圧VHが高くなった場合に駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44のオン・デューティ比を高く維持することができ、このような接続切換制御を行うことにより、一定の出力電圧(直流低圧電圧VL)を維持可能な入力電圧(直流高圧電圧VH)の範囲が広くなる(電圧Vmin1から電圧Vmax11までの入力電圧範囲VH11から、電圧Vmin1から電圧Vmax12までの入力電圧範囲VH12へと広範化する)。   Thus, for example, as shown in the graph G1 of FIG. 10, the input voltage is higher in the 2-series 2-parallel connection state than in the 4-parallel connection state, and in the 4-series connection state rather than the 2-series 2-parallel connection state. When the DC high voltage VH is high, the on-duty ratio of the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 can be maintained high, and such connection switching control is performed. This widens the range of the input voltage (DC high voltage VH) that can maintain a constant output voltage (DC low voltage VL) (from the input voltage range VH11 from voltage Vmin1 to voltage Vmax11, from voltage Vmin1 to voltage Vmax12). To the input voltage range VH12).

次に、図11〜図13を参照して、本実施の形態のスイッチング電源装置および従来のスイッチング電源装置(比較例)において、順方向動作時における回路中のサージ電流発生の有無に関して比較しつつ説明する。   Next, referring to FIGS. 11 to 13, in the switching power supply device of the present embodiment and the conventional switching power supply device (comparative example), comparison is made regarding whether or not surge current is generated in the circuit during forward operation. explain.

ここで、図11は、比較例に係るスイッチング電源装置の構成を表したものである。具体的には、図1に示した本実施の形態のスイッチング電源装置から、インダクタLr1〜Lr4を除いたものである。また、図12,図13はそれぞれ、比較例および本実施の形態係るスイッチング電源装置において、トランス3の1次側巻線31A〜31Dを流れる電流のタイミング波形を表したものであり、(A)は接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63を、(B)は高圧側の巻線31A,31Cを流れる電流I31A,I31Cを、(C)は高圧側の巻線31B,31Dを流れる電流I31B,I31Dを、それぞれ表している。なお、電流I31A〜I31Dについてはそれぞれ、図11に示した矢印の方向を正の方向としている。   Here, FIG. 11 illustrates a configuration of a switching power supply device according to a comparative example. Specifically, the inductors Lr1 to Lr4 are removed from the switching power supply device of the present embodiment shown in FIG. 12 and 13 show timing waveforms of currents flowing through the primary windings 31A to 31D of the transformer 3 in the comparative example and the switching power supply according to the present embodiment, respectively. Is the drive signals SG51 to SG53, SG61 to SG63 of the connection changeover switches S51 to S53, S61 to S63, (B) is the currents I31A and I31C flowing through the high-voltage side windings 31A and 31C, and (C) is the high-voltage side. Currents I31B and I31D flowing through the windings 31B and 31D are respectively shown. For the currents I31A to I31D, the direction of the arrow shown in FIG. 11 is the positive direction.

まず、図12に示した比較例では、駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63が「H」レベルのとき、すなわち接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63がそれぞれオン状態となって4並列接続状態となっている場合(タイミングt101以前の状態)に、電流I31A〜I31Dの電流波形に、符号G11〜G13,G21〜G23で示したようなサージ波形が生じていることが分かる。このサージ電流波形は、駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44間のタイミングのずれ、すなわち互いに同期動作するスイッチング回路101〜104間の動作タイミングのずれに起因したものである。これらのタイミングが完全に同期していればサージ波形は生じないのであるが、実際上、配線の寄生抵抗や寄生容量などが存在するため、困難である。ここで、この比較例では、上記したようにインダクタLr1〜Lr4が設けられていないため、そのような動作タイミングのずれに対する許容度が小さく、わずかなずれによっても、このようなサージ電流が発生してしまっている。   First, in the comparative example shown in FIG. 12, when the drive signals SG51 to SG53, SG61 to SG63 are at "H" level, that is, the connection changeover switches S51 to S53, S61 to S63 are turned on, respectively, and the four parallel connection states In this case (state before timing t101), it can be seen that surge waveforms as indicated by reference numerals G11 to G13 and G21 to G23 are generated in the current waveforms of the currents I31A to I31D. This surge current waveform is caused by a shift in timing between the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44, that is, a shift in operation timing between the switching circuits 101 to 104 operating in synchronization with each other. is there. If these timings are completely synchronized, a surge waveform will not occur, but in practice it is difficult because of the parasitic resistance and parasitic capacitance of the wiring. In this comparative example, since the inductors Lr1 to Lr4 are not provided as described above, the tolerance for such a shift in the operation timing is small, and such a surge current is generated even by a slight shift. It has been.

これに対して、図13に示した本実施の形態では、タイミングt1以前の4並列接続状態の場合でも、電流I31A〜I31Dの電流波形に、サージ波形は生じていない。これは、本実施の形態のスイッチング電源装置では、上記のように2つのスイッチング回路11〜14にそれぞれ対応して4つのインダクタLr1〜Lr4が設けられているため、これらのインダクタによる電流の大きさを維持しようとする作用により、回路内の電流の変化が緩やかとなり、その結果、動作タイミングのずれに対する許容度が大きくなるからである。このようにして、インダクタLr1〜Lr4が設けられている本実施の形態では、これらが設けられていない比較例(従来)と比べ、互いに並列動作するスイッチング回路11〜14間のタイミングのずれに対する許容度が大きくなり、サージ電流の発生が回避される。   In contrast, in the present embodiment shown in FIG. 13, no surge waveform is generated in the current waveforms of the currents I31A to I31D even in the case of the four parallel connection state before the timing t1. This is because the switching power supply according to the present embodiment is provided with the four inductors Lr1 to Lr4 corresponding to the two switching circuits 11 to 14 as described above. This is because the change in the current in the circuit becomes gentle due to the action of maintaining the above, and as a result, the tolerance for the deviation of the operation timing increases. Thus, in the present embodiment in which the inductors Lr1 to Lr4 are provided, tolerance for timing deviation between the switching circuits 11 to 14 that operate in parallel with each other is compared with the comparative example (conventional) in which the inductors Lr1 to Lr4 are not provided. The degree is increased and the generation of surge current is avoided.

<逆方向動作時の接続切換動作>
次に、図14〜図20を参照して、逆方向動作時の電流経路の接続切換動作について説明する。
<Connection switching operation during reverse operation>
Next, with reference to FIG. 14 to FIG. 20, the connection switching operation of the current path during the backward operation will be described.

図14〜図19はそれぞれ、本実施の形態のスイッチング電源装置における逆方向時の動作状態を表したものである。このうち、図14,図15は、前述の第1〜第4の電流経路が互いに4並列接続状態にある場合を、図16,図17は、これらが互いに2直列2並列接続状態にある場合を、図18,図19は、これらが互いに4直列接続状態にある場合を、それぞれ表している。また、図20は、これら4並列接続状態、2直列2並列接続状態、および4直列接続状態における、逆方向動作時の直流高圧電圧VHとデューティ比(駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,駆動信号SG31〜SG34,SG41〜SG44におけるオン・デューティ比)との関係を表したものである。   FIG. 14 to FIG. 19 each show the operation state in the reverse direction in the switching power supply device of the present embodiment. 14 and 15 show the case where the first to fourth current paths described above are in a 4-parallel connection state, and FIGS. 16 and 17 show the case where they are in a 2-series 2-parallel connection state. FIG. 18 and FIG. 19 respectively show the case where these are in a 4-series connection state. Further, FIG. 20 shows the DC high voltage VH and the duty ratio (drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, drive in reverse operation) in these 4 parallel connection state, 2 series 2 parallel connection state, and 4 series connection state. This shows the relationship with the signals SG31 to SG34, SG41 to SG44).

まず、図14,図15に示した4並列接続状態は、例えば図20に示したように、直流高圧電圧VHの目標電圧値がしきい値電圧Vth21よりも低い場合である。この場合、制御部7によって、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜63がそれぞれオン状態となるように設定され、スイッチング回路11〜14同士は互いに独立した並列動作を行う。   First, the four parallel connection states shown in FIGS. 14 and 15 are cases where the target voltage value of the DC high voltage VH is lower than the threshold voltage Vth21, for example, as shown in FIG. In this case, the connection selector switches S51 to S53 and S61 to 63 are set to be in the ON state by the control unit 7, and the switching circuits 11 to 14 perform independent parallel operations.

具体的には、図14に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、ダイオードD12、インダクタLr1、巻線31A、ダイオードD13および接続切換スイッチS51を通る電流経路Ip31(第1の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS61、ダイオードD22、巻線31B、インダクタLr2、ダイオードD23および接続切換スイッチS52を通る電流経路Ip32(第2の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS62、ダイオードD32、インダクタLr3、巻線31C、ダイオードD33および接続切換スイッチS53を通る電流経路Ip33(第3の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS63、ダイオードD42、巻線31D、インダクタLr4およびダイオードD43を通る電流経路Ip34(第4の電流経路に対応)とが、それぞれ並列接続状態となる。   Specifically, in the operation state shown in FIG. 14, the current path Ip31 (corresponding to the first current path) passing through the smoothing capacitor CH, the diode D12, the inductor Lr1, the winding 31A, the diode D13, and the connection changeover switch S51, , Smoothing capacitor CH, connection changeover switch S61, diode D22, winding 31B, inductor Lr2, diode D23 and connection changeover switch S52, current path Ip32 (corresponding to the second current path), smoothing capacitor CH, connection changeover switch S62, diode D32, inductor Lr3, winding 31C, diode D33, current path Ip33 (corresponding to the third current path) passing through connection switch S53, smoothing capacitor CH, connection switch S63, diode D42, winding 31D , Inductor Lr4 A current path Ip34 through fine diode D43 (corresponding to the fourth current path), but the respective parallel connection state.

また、図15に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS61、ダイオードD14、巻線31A、インダクタLr1およびダイオードD11を通る電流経路Ip41(第1の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS62、ダイオードD24、インダクタLr2、巻線31B、ダイオードD21および接続切換スイッチS51を通る電流経路Ip42(第2の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS63、ダイオードD34、巻線31C、インダクタLr3、ダイオードD31および接続切換スイッチS52を通る電流経路Ip43(第3の電流経路に対応)と、平滑コンデンサCH、ダイオードD44、インダクタLr4、巻線31D、ダイオードD41および接続切換スイッチS53を通る電流経路Ip44(第4の電流経路に対応)とが、それぞれ並列接続状態となる。   In the operating state shown in FIG. 15, the smoothing capacitor CH, the connection changeover switch S61, the diode D14, the winding 31A, the inductor Lr1 and the diode D11, the current path Ip41 (corresponding to the first current path), the smoothing capacitor CH, connection switch S62, diode D24, inductor Lr2, winding 31B, diode D21 and current path Ip42 (corresponding to the second current path) passing through connection switch S51, smoothing capacitor CH, connection switch S63, diode D34, winding 31C, inductor Lr3, diode D31, and current path Ip43 (corresponding to the third current path) passing through connection switch S52, smoothing capacitor CH, diode D44, inductor Lr4, winding 31D, diode D41 and connection Switching A current path Ip44 through the switch S53 (corresponding to the fourth current path), but the respective parallel connection state.

ここで、順方向動作時と同様に、トランス3の巻線31A〜31Dはそれぞれ4つのスイッチング回路11〜14に対応すると共に互いに巻数が等しいことから、この4並列接続状態における高圧側の巻線31A〜31Dの巻数npと低圧側の巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比は、そのまま(np/ns)(=nとする)となる。   Here, similarly to the forward operation, the windings 31A to 31D of the transformer 3 correspond to the four switching circuits 11 to 14, respectively, and have the same number of turns. The turn ratio between the number of turns np of 31A to 31D and the number of turns ns of the low-voltage side windings 32A and 32B is directly (np / ns) (= n).

また、図16,図17に示した2直列2並列接続状態は、例えば図20に示したように、直流高圧電圧VHの目標電圧値がしきい値電圧Vth21以上でしきい値電圧Vth22よりも低い場合である。この場合、制御部7によって、接続切換スイッチS51,S61,S53,S63がそれぞれオフ状態となるように設定される一方、接続切換スイッチS52,S62がそれぞれオン状態となるように設定され、スイッチング回路11,12とスイッチング回路13,14とが互いに独立した並列動作を行う。   In addition, in the two-series two-parallel connection state shown in FIG. 16 and FIG. 17, for example, as shown in FIG. This is the case. In this case, the control unit 7 sets the connection change-over switches S51, S61, S53, and S63 to be turned off, while the connection change-over switches S52 and S62 are set to be turned on, respectively. 11 and 12 and switching circuits 13 and 14 perform parallel operations independent of each other.

具体的には、図16に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、ダイオードD12、インダクタLr1および巻線31Aを通る電流経路(第1の電流経路に対応)と、巻線31B、インダクタLr2、ダイオードD23および接続切換スイッチS52を通る電流経路(第2の電流経路に対応)とが、ダイオードD13およびスイッチング素子S21を通る電流経路とスイッチング素子S14およびダイオードD22を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。また、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS62、ダイオードD32、インダクタLr3および巻線31Cを通る電流経路(第3の電流経路に対応)と、巻線31D、インダクタLr4およびダイオードD43を通る電流経路(第4の電流経路に対応)とが、ダイオードD33およびスイッチング素子S41を通る電流経路とスイッチング素子S34およびダイオードD42を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。すなわち、平滑コンデンサCH、ダイオードD12、インダクタLr1、巻線31A、スイッチング素子S14およびダイオードD22(またはダイオードD13およびスイッチング素子S21)、巻線31B、インダクタLr2、ダイオードD23ならびに接続切換スイッチS52を通る電流経路Isp31と、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS62、ダイオードD32、インダクタLr3、巻線31C、スイッチング素子S34およびダイオードD42(またはダイオードD33およびスイッチング素子S41)、巻線31D、インダクタLr4ならびにダイオードD43を通る電流経路Isp32とが形成される。   Specifically, in the operating state shown in FIG. 16, the current path (corresponding to the first current path) passing through the smoothing capacitor CH, the diode D12, the inductor Lr1, and the winding 31A, the winding 31B, the inductor Lr2, and the diode A current path passing through D23 and the connection selector switch S52 (corresponding to the second current path) is coupled by a current path passing through the diode D13 and the switching element S21 and a current path passing through the switching element S14 and the diode D22, and is connected in series with each other. Connected. In addition, a current path (corresponding to the third current path) passing through the smoothing capacitor CH, the connection changeover switch S62, the diode D32, the inductor Lr3, and the winding 31C, and a current path (first step) passing through the winding 31D, the inductor Lr4, and the diode D43. Are coupled by a current path passing through the diode D33 and the switching element S41 and a current path passing through the switching element S34 and the diode D42, and are connected in series with each other. That is, the current path through the smoothing capacitor CH, the diode D12, the inductor Lr1, the winding 31A, the switching element S14 and the diode D22 (or the diode D13 and the switching element S21), the winding 31B, the inductor Lr2, the diode D23, and the connection changeover switch S52. Current through Isp31, smoothing capacitor CH, connection changeover switch S62, diode D32, inductor Lr3, winding 31C, switching element S34 and diode D42 (or diode D33 and switching element S41), winding 31D, inductor Lr4 and diode D43 A path Isp32 is formed.

また、図17に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS62、ダイオードD24、インダクタLr2および巻線31Bを通る電流経路(第2の電流経路に対応)と、巻線31A、インダクタLr1およびダイオードD11を通る電流経路(第1の電流経路に対応)とが、ダイオードD21およびスイッチング素子S13を通る電流経路とスイッチング素子S22およびダイオードD14を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。また、平滑コンデンサCH、ダイオードD44、インダクタLr4および巻線31Dを通る電流経路(第4の電流経路に対応)と、巻線31C、インダクタLr3、ダイオードD31および接続切換スイッチS52を通る電流経路(第3の電流経路に対応)とが、ダイオードD41およびスイッチング素子S33を通る電流経路とスイッチング素子S42およびダイオードD34を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。すなわち、平滑コンデンサCH、接続切換スイッチS62、ダイオードD24、インダクタLr2、巻線31B、スイッチング素子S22およびダイオードD14(またはダイオードD21およびスイッチング素子S13)、巻線31A、インダクタLr1ならびにダイオードD11を通る電流経路Isp41と、平滑コンデンサCH、ダイオードD44、インダクタLr4、巻線31D、スイッチング素子S42およびダイオードD34(またはダイオードD41およびスイッチング素子S33)、巻線31C、インダクタLr3、ダイオードD31ならびに接続切換スイッチS52を通る電流経路Isp42とが形成される。   In the operating state shown in FIG. 17, the current path (corresponding to the second current path) passing through the smoothing capacitor CH, the connection changeover switch S62, the diode D24, the inductor Lr2, and the winding 31B, the winding 31A, and the inductor Lr1 And a current path through the diode D11 (corresponding to the first current path) is coupled by a current path through the diode D21 and the switching element S13 and a current path through the switching element S22 and the diode D14, and is connected in series with each other. Become. In addition, a current path (corresponding to the fourth current path) passing through the smoothing capacitor CH, the diode D44, the inductor Lr4, and the winding 31D, and a current path (first step) passing through the winding 31C, the inductor Lr3, the diode D31, and the connection changeover switch S52. Are coupled by a current path passing through the diode D41 and the switching element S33 and a current path passing through the switching element S42 and the diode D34, and are connected in series with each other. That is, a current path passing through the smoothing capacitor CH, the connection changeover switch S62, the diode D24, the inductor Lr2, the winding 31B, the switching element S22 and the diode D14 (or the diode D21 and the switching element S13), the winding 31A, the inductor Lr1 and the diode D11. Current through Isp41, smoothing capacitor CH, diode D44, inductor Lr4, winding 31D, switching element S42 and diode D34 (or diode D41 and switching element S33), winding 31C, inductor Lr3, diode D31 and connection changeover switch S52 A path Isp42 is formed.

ここで、順方向動作時と同様に、トランス3の巻線31A〜31Dはそれぞれ4つのスイッチング回路11〜14に対応すると共に互いに巻数が等しいことから、この2直列2並列接続状態における高圧側の巻線31A〜31Dの巻数npと低圧側の巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比は、2×(np/ns)=2nとなる。すなわち、この2直列2並列接続状態における巻数比は、4並列接続状態の場合(巻数比=n)と比べ、2倍の大きさとなる。   Here, as in the forward operation, the windings 31A to 31D of the transformer 3 correspond to the four switching circuits 11 to 14 and have the same number of turns. The turn ratio between the number of turns np of the windings 31A to 31D and the number of turns ns of the low-voltage side windings 32A and 32B is 2 × (np / ns) = 2n. That is, the turn ratio in the 2-series 2-parallel connection state is twice as large as that in the 4-parallel connection state (turn ratio = n).

また、図18,図19に示した4直列接続状態は、例えば図20に示したように、直流高圧電圧VHの目標電圧値がしきい値電圧Vth22以上の場合である。この場合、制御部7によって、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63がそれぞれオフ状態となるように設定され、スイッチング回路11〜14同士が互いに結合した直列動作を行う。   Further, the four series connection states shown in FIGS. 18 and 19 are cases where the target voltage value of the DC high voltage VH is equal to or higher than the threshold voltage Vth22 as shown in FIG. 20, for example. In this case, the connection selector switches S51 to S53 and S61 to S63 are set by the control unit 7 to be turned off, and the switching circuits 11 to 14 are connected in series to perform a series operation.

具体的には、図18に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、ダイオードD12、インダクタLr1および巻線31Aを通る電流経路(第1の電流経路に対応)と、巻線31BおよびインダクタLr2を通る電流経路(第2の電流経路に対応)と、インダクタLr3および巻線31Cを通る電流経路(第3の電流経路に対応)と、巻線31D、インダクタLr4およびダイオードD43を通る電流経路(第4の電流経路に対応)とが、ダイオードD13およびスイッチング素子S21を通る電流経路と、スイッチング素子S14およびダイオードD22を通る電流経路と、ダイオードD23およびスイッチング素子S31を通る電流経路と、スイッチング素子S24およびダイオードD32を通る電流経路と、ダイオードD33およびスイッチング素子S41を通る電流経路と、スイッチング素子S34およびダイオードD42を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。すなわち、平滑コンデンサCH、ダイオードD12、インダクタLr1、巻線31A、スイッチング素子S14およびダイオードD22(またはダイオードD13およびスイッチング素子S21)、巻線31B、インダクタLr2、スイッチング素子S24およびダイオードD32(またはダイオードD23およびスイッチング素子S31)、インダクタLr3、巻線31C、スイッチング素子S34およびダイオードD42(またはダイオードD33およびスイッチング素子S41)、巻線31D、インダクタLr4ならびにダイオードD43を通る電流経路Is3が形成される。   Specifically, in the operating state shown in FIG. 18, the current path (corresponding to the first current path) passing through the smoothing capacitor CH, the diode D12, the inductor Lr1, and the winding 31A, and the winding 31B and the inductor Lr2 are passed. A current path (corresponding to the second current path), a current path passing through the inductor Lr3 and the winding 31C (corresponding to the third current path), a current path passing through the winding 31D, the inductor Lr4 and the diode D43 (fourth) Current path through the diode D13 and the switching element S21, a current path through the switching element S14 and the diode D22, a current path through the diode D23 and the switching element S31, and the switching element S24 and the diode. Current path through D32, diode D33 and A current path through the switching element S41, are coupled by a current path through the switching element S34 and the diode D42, the series connection state to each other. That is, smoothing capacitor CH, diode D12, inductor Lr1, winding 31A, switching element S14 and diode D22 (or diode D13 and switching element S21), winding 31B, inductor Lr2, switching element S24 and diode D32 (or diode D23 and A current path Is3 passing through the switching element S31), the inductor Lr3, the winding 31C, the switching element S34 and the diode D42 (or the diode D33 and the switching element S41), the winding 31D, the inductor Lr4, and the diode D43 is formed.

また、図19に示した動作状態では、平滑コンデンサCH、ダイオードD44、インダクタLr4および巻線31Dを通る電流経路(第4の電流経路に対応)と、巻線31CおよびインダクタLr3を通る電流経路(第3の電流経路に対応)と、インダクタLr2および巻線31Bを通る電流経路(第2の電流経路に対応)と、巻線31A、インダクタLr1およびダイオードD11を通る電流経路(第1の電流経路に対応)とが、ダイオードD41およびスイッチング素子S33を通る電流経路と、スイッチング素子S42およびダイオードD34を通る電流経路と、ダイオードD31およびスイッチング素子S23を通る電流経路と、スイッチング素子S32およびダイオードD24を通る電流経路と、ダイオードD21およびスイッチング素子S13を通る電流経路と、スイッチング素子S22およびダイオードD14を通る電流経路とによって結合され、互いに直列接続状態となる。すなわち、平滑コンデンサCH、ダイオードD44、インダクタLr4、巻線31D、スイッチング素子S42およびダイオードD34(またはダイオードD41およびスイッチング素子S33)、巻線31C、インダクタLr3、スイッチング素子S32およびダイオードD24(またはダイオードD31およびスイッチング素子S23)、インダクタLr2、巻線31B、スイッチング素子S22およびダイオードD14(またはダイオードD21およびスイッチング素子S13)、巻線31A、インダクタLr1ならびにダイオードD11を通る電流経路Is4が形成される。   In the operating state shown in FIG. 19, a current path (corresponding to the fourth current path) passing through the smoothing capacitor CH, the diode D44, the inductor Lr4 and the winding 31D, and a current path (corresponding to the fourth current path) ( Corresponding to the third current path), a current path passing through the inductor Lr2 and the winding 31B (corresponding to the second current path), and a current path passing through the winding 31A, the inductor Lr1 and the diode D11 (first current path). Corresponds to the current path through the diode D41 and the switching element S33, the current path through the switching element S42 and the diode D34, the current path through the diode D31 and the switching element S23, and the switching element S32 and the diode D24. Current path, diode D21 and switch A current path through the grayed elements S13, are coupled by a current path through the switching element S22 and the diode D14, the series connection state to each other. That is, smoothing capacitor CH, diode D44, inductor Lr4, winding 31D, switching element S42 and diode D34 (or diode D41 and switching element S33), winding 31C, inductor Lr3, switching element S32 and diode D24 (or diode D31 and A current path Is4 is formed through the switching element S23), the inductor Lr2, the winding 31B, the switching element S22 and the diode D14 (or the diode D21 and the switching element S13), the winding 31A, the inductor Lr1, and the diode D11.

ここで、順方向動作時と同様に、トランス3の巻線31A〜31Dはそれぞれ4つのスイッチング回路11〜14に対応すると共に互いに巻数が等しいことから、この4直列接続状態における高圧側の巻線31A〜31Dの巻数npと低圧側の巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比は、4×(np/ns)=4nとなる。すなわち、この4直列接続状態における巻数比は、4並列接続状態の場合(巻数比=n)と比べ、4倍の大きさとなる。   Here, as in the forward operation, the windings 31A to 31D of the transformer 3 correspond to the four switching circuits 11 to 14, respectively, and have the same number of turns. The turn ratio between the turn number np of 31A to 31D and the turn number ns of the low-voltage side windings 32A and 32B is 4 × (np / ns) = 4n. That is, the turn ratio in the 4-series connection state is four times as large as that in the 4-parallel connection state (turn ratio = n).

このようにして、例えば図20のグラフG2に示したように逆方向動作時においても、4並列接続状態よりも2直列2並列接続状態のほうが、そして2直列2並列接続状態よりも4直列接続状態のほうが、出力電圧である直流高圧電圧VHを高く設定した場合にも駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44のオン・デューティ比を低く維持することができ、このような接続切換制御を行うことにより、一定の入力電圧(直流低圧電圧VL)から生成可能な出力電圧(直流高圧電圧VH)の範囲が広くなる(電圧Vmin2から電圧Vmax21までの出力電圧範囲VH21から、電圧Vmin2から電圧Vmax22までの出力電圧範囲VH22へと広範化する)。   In this way, for example, as shown in the graph G2 of FIG. 20, even in the reverse operation, the 2-series 2-parallel connection state is more than the 4-parallel connection state, and the 4-series connection is more than the 2-series 2-parallel connection state. In the state, the on-duty ratio of the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 can be kept low even when the DC high voltage VH that is the output voltage is set higher. By performing such connection switching control, the range of the output voltage (DC high voltage VH) that can be generated from a constant input voltage (DC low voltage VL) is widened (from the output voltage range VH21 from voltage Vmin2 to voltage Vmax21). The output voltage range VH22 from the voltage Vmin2 to the voltage Vmax22 is widened).

以上のように、本実施の形態では、互いに同期動作する4つのスイッチング回路11〜14にそれぞれ対応させて互いに巻数の等しい4つの高圧側の巻線31A〜31Dを有するトランス3と4つのインダクタLr1〜Lr4とを設け、電圧検出回路61、制御部7および接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63によって、順方向動作時には入力電圧(直流高圧電圧VH)、逆方向動作時には出力電圧(直流高圧電圧VH)の目標電圧値に応じて、4つの電流経路同士を互いに4並列接続、4直列接続または直列と並列との混合接続(2直列2並列接続)させるようにしたので、巻線31A〜31Dと巻線32A,32Bとの巻数比を、4並列接続、2直列2並列接続および4直列接続の順に大きくすることができ、直列接続と並列接続との間でのみ切換可能な従来と比べ、変換可能な電圧範囲(順方向動作時における入力電圧範囲、および逆方向動作時における出力電圧範囲)をより広げることが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the transformer 3 and the four inductors Lr1 having the four high-voltage side windings 31A to 31D having the same number of turns in correspondence with the four switching circuits 11 to 14 that operate in synchronization with each other. To Lr4, and by the voltage detection circuit 61, the control unit 7 and the connection changeover switches S51 to S53, S61 to S63, the input voltage (DC high voltage VH) is generated during forward operation, and the output voltage (DC high voltage) is operated during reverse operation. According to the target voltage value of VH), the four current paths are connected to each other in four parallel connections, four series connections, or a mixed connection in series and parallel (two series two parallel connections). And the winding ratios of the windings 32A and 32B can be increased in the order of 4 parallel connection, 2 series 2 parallel connection, and 4 series connection. Compared only switchable conventional with the connection, it is possible to widen the conversion voltage range (input voltage range at the time of forward operation, and the output voltage range in reverse operation).

また、インダクタLr1〜Lr4の作用により、回路内の電流変化を緩やかにすることができる。よって、スイッチング回路11〜14同士のタイミングのずれに対する許容度を大きくすることができ、サージ電流の発生を抑えつつ変換可能な電圧範囲の広範化を実現することが可能となる。   Moreover, the current change in the circuit can be moderated by the action of the inductors Lr1 to Lr4. Therefore, it is possible to increase the tolerance for the timing difference between the switching circuits 11 to 14, and it is possible to realize the widening of the convertible voltage range while suppressing the generation of the surge current.

また、サージ電流の発生を抑制することにより、回路内の各素子での損失を低減し、装置の効率を向上させることも可能となる。また、損失を低減することにより、素子での発熱を抑制することも可能となる。また、サージ電流の発生を抑制することにより、耐圧の低い素子を使用することでき、部品コストを低減すると共に、装置全体の小型化を図ることも可能となる。   Further, by suppressing the generation of surge current, it is possible to reduce the loss in each element in the circuit and improve the efficiency of the apparatus. Further, by reducing the loss, it is possible to suppress heat generation in the element. Further, by suppressing the generation of the surge current, it is possible to use an element with a low withstand voltage, thereby reducing the component cost and reducing the size of the entire apparatus.

さらに、接続状態によらず、スイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44が常にスイッチング動作(オン・オフ動作)を行っているため、例えば図21,図22に示した場合(順方向動作時の4直列接続状態に対応)や、図23,図24に示した場合(順方向動作時における2直列2並列接続状態に対応)と比べ、制御部7によるスイッチング素子S11〜S14,S21〜S24の制御を、より簡単にすることができる。すなわち、これらのスイッチング素子を、接続状態に応じて常にオン・オフ動作する状態と、常にオン状態またはオフ状態となる動作状態との間で動作切換する必要がなくなり、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の制御だけで、並列接続状態と直列接続状態との接続切換を行うことが可能となる。   Furthermore, since the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, and S41 to S44 always perform the switching operation (on / off operation) regardless of the connection state, for example, as shown in FIGS. Compared with the case (corresponding to the 4 series connection state during forward operation) and the case shown in FIGS. 23 and 24 (corresponding to the 2 series 2 parallel connection state during forward operation), the switching element S11 by the control unit 7 Control of S14 and S21 to S24 can be further simplified. In other words, it is not necessary to switch the operation of these switching elements between a state in which the switching element is always turned on / off according to the connection state and an operation state in which the switching element is always on or off, and the connection changeover switches S51 to S53, Only by the control of S61 to S63, connection switching between the parallel connection state and the series connection state can be performed.

なお、本実施の形態では、スイッチング回路1,2内の各スイッチング素子S11〜S14,S21〜S24において、スイッチング素子S11,S14間またはスイッチング素子S12,S13間、ならびにスイッチング素子S21,S24間またはスイッチング素子S22,S23間で、互いに同期してオン・オフ動作を行う場合について説明したが、これらのスイッチング素子が互いに位相シフト動作(位相差φ、デッドタイムTd)するようにしてもよい。このように構成した場合、インダクタLr1,Lr2とコンデンサC11〜C14,C21〜C24とがLC共振回路を構成し、共振動作を行うようになる。よって、スイッチング素子S11〜S14,S21〜S24がそれぞれいわゆるZVS(Zero Volt Switching;ゼロボルト・スイッチング)動作をするようになり、本実施の形態における効果に加え、これらのスイッチング素子における短絡損失を抑制し、装置の効率をより向上させることが可能となる。   In the present embodiment, in each of the switching elements S11 to S14 and S21 to S24 in the switching circuits 1 and 2, between the switching elements S11 and S14 or between the switching elements S12 and S13, and between the switching elements S21 and S24 or switching Although the case where the on / off operation is performed in synchronization with each other between the elements S22 and S23 has been described, these switching elements may perform a phase shift operation (phase difference φ, dead time Td). In such a configuration, the inductors Lr1 and Lr2 and the capacitors C11 to C14 and C21 to C24 constitute an LC resonance circuit and perform a resonance operation. Therefore, the switching elements S11 to S14 and S21 to S24 each perform so-called ZVS (Zero Volt Switching) operation, and in addition to the effects of the present embodiment, the short circuit loss in these switching elements is suppressed. Thus, the efficiency of the apparatus can be further improved.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。上記第1の実施の形態のスイッチング電源装置では、4つのスイッチング回路11〜14と、これらにそれぞれ対応したトランス3における4つの高圧側の巻線31A〜31Dおよび4つのインダクタLr1〜Lr4と、それぞれ3つずつの接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63とが設けられていたが、本実施の形態のスイッチング電源装置は、6つのスイッチング回路11〜16と、これらにそれぞれ対応したトランス3における6つの高圧側の巻線31A〜31Fおよび6つのインダクタLr1〜Lr6と、それぞれ5つずつの接続切換スイッチS51〜S55,S61〜S65とを備えたものである。なお、その他の構成は、図1に示した構成と同様である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the switching power supply device of the first embodiment, the four switching circuits 11 to 14, the four high-voltage side windings 31A to 31D and the four inductors Lr1 to Lr4 in the transformer 3 respectively corresponding thereto, Three connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 are provided, but the switching power supply according to the present embodiment includes six switching circuits 11 to 16 and 6 in the transformer 3 corresponding to each of them. This includes three high-voltage side windings 31A to 31F, six inductors Lr1 to Lr6, and five connection selector switches S51 to S55 and S61 to S65, respectively. Other configurations are the same as those shown in FIG.

図25は、本実施の形態における制御部7による電流経路の接続切換制御の詳細を表したものである。この図において、図3に示したものと同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   FIG. 25 shows the details of the current path connection switching control by the control unit 7 in the present embodiment. In this figure, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

本実施の形態の接続切換制御では、まず、順方向動作時には電圧検出回路61によって検出された直流高圧電圧VH(逆方向動作時には直流高圧電圧VHの目標電圧値が)が所定のしきい値電圧Vth31(逆方向動作時は所定のしきい値電圧Vth41とする)よりも低い場合には、制御部7によって、接続切換スイッチS51〜S55,S61〜S65がそれぞれオン状態となる。すると、6つのスイッチング回路11〜16および6つの高圧側の巻線31A〜31Fにそれぞれ対応する6つの電流経路(第1〜第6の電流経路)が互いに並列接続状態(6並列接続状態)となる。   In the connection switching control according to the present embodiment, first, the DC high voltage VH detected by the voltage detection circuit 61 during forward operation (the target voltage value of the DC high voltage VH during reverse operation) is a predetermined threshold voltage. When the voltage is lower than Vth31 (predetermined threshold voltage Vth41 during reverse operation), the connection changeover switches S51 to S55 and S61 to S65 are turned on by the control unit 7, respectively. Then, six current paths (first to sixth current paths) respectively corresponding to the six switching circuits 11 to 16 and the six high-voltage side windings 31A to 31F are connected in parallel with each other (six parallel connection states). Become.

また、検出された直流高圧電圧VH(逆方向動作時には直流高圧電圧VHの目標電圧値)がしきい値電圧Vth31(逆方向動作時はしきい値電圧Vth41)以上かつ所定のしきい値電圧Vth32(逆方向動作時は所定のしきい値電圧Vth42とする)未満の場合には、制御部7によって、接続切換スイッチS51,S61,S53,S63,S55,S65がそれぞれオフ状態となる一方、接続切換スイッチS52,S62,S54,S64がそれぞれオン状態となる。すると、第1の電流経路および第2の電流経路、第3の電流経路および第4の電流経路、ならびに第5の電流経路および第6の電流経路がそれぞれ直列接続状態となり、これらの直列接続同士が互いに並列接続状態となる。すなわち、これら第1〜第6の電流経路が、互いに直列と並列との混合接続状態(2直列3並列接続状態)となる。   The detected DC high voltage VH (the target voltage value of the DC high voltage VH during reverse operation) is equal to or higher than the threshold voltage Vth31 (threshold voltage Vth41 during reverse operation) and a predetermined threshold voltage Vth32 If it is less than the predetermined threshold voltage Vth42 during reverse operation, the control switch 7 turns off the connection selector switches S51, S61, S53, S63, S55, and S65, respectively. The changeover switches S52, S62, S54, and S64 are turned on. Then, the first current path and the second current path, the third current path and the fourth current path, and the fifth current path and the sixth current path are respectively connected in series. Are connected in parallel with each other. That is, these first to sixth current paths are in a mixed connection state (two series and three parallel connection states) in series and parallel to each other.

また、検出された直流高圧電圧VH(逆方向動作時には直流高圧電圧VHの目標電圧値)がしきい値電圧Vth32(逆方向動作時はしきい値電圧Vth42)以上かつ所定のしきい値電圧Vth33(逆方向動作時は所定のしきい値電圧Vth43とする)未満の場合には、制御部7によって、接続切換スイッチS53,S63がそれぞれオフ状態となる一方、接続切換スイッチS51,S61,S52,S62,S54,S64,S55,S65がそれぞれオン状態となる。すると、第1〜第3の電流経路および第4〜第6の電流経路がそれぞれ直列接続状態となり、これらの直列接続同士が互いに並列接続状態となる。すなわち、これら第1〜第6の電流経路が、互いに直列と並列との混合接続状態(3直列2並列接続状態)となる。   The detected DC high voltage VH (the target voltage value of the DC high voltage VH during reverse operation) is equal to or higher than the threshold voltage Vth32 (threshold voltage Vth42 during reverse operation) and a predetermined threshold voltage Vth33. If it is less than the predetermined threshold voltage Vth43 during reverse operation, the connection selector switches S53, S63 are turned off by the control unit 7, while the connection selector switches S51, S61, S52, S62, S54, S64, S55, and S65 are turned on. Then, the first to third current paths and the fourth to sixth current paths are respectively connected in series, and these series connections are connected to each other in parallel. That is, these first to sixth current paths are in a mixed connection state (three series two parallel connection states) in series and parallel to each other.

さらに、検出された直流高圧電圧VH(逆方向動作時には直流高圧電圧VHの目標電圧値)がしきい値電圧Vth33(逆方向動作時はしきい値電圧Vth43)以上の場合には、制御部7によって、接続切換スイッチS51〜S55,S61〜S65がいずれもオフ状態となる。すると、第1〜第6の電流経路が互いに直列接続状態(6直列接続状態)となる。   Further, when the detected DC high voltage VH (target voltage value of DC high voltage VH during reverse operation) is equal to or higher than threshold voltage Vth33 (threshold voltage Vth43 during reverse operation), control unit 7 As a result, the connection changeover switches S51 to S55 and S61 to S65 are all turned off. Then, the first to sixth current paths are in series connection with each other (six series connection state).

このような構成により本実施の形態のスイッチング電源装置では、トランス3における巻線31A〜31Fの巻数npと巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比(np/ns)が、6並列接続状態、2直列3並列状態、3直列2並列状態および6直列接続状態で比較すると、6直列接続状態(巻数比=6n)では6並列接続状態(巻数比=n)と比べて6倍の大きさとなる。また、3直列2並列接続状態(巻数比=3n)では6並列接続状態と比べて3倍の大きさとなり、2直列3並列接続状態(巻数比=2n)では6並列接続状態と比べて2倍の大きさとなる。   With such a configuration, in the switching power supply according to the present embodiment, the turn ratio (np / ns) between the turns np of the windings 31A to 31F and the turns ns of the windings 32A and 32B in the transformer 3 is 6 in a parallel connection state. Comparing 2 series 3 parallel state, 3 series 2 parallel state and 6 series connection state, 6 series connection state (turn ratio = 6n) is 6 times larger than 6 parallel connection state (turn ratio = n). Become. In the 3 series 2 parallel connection state (turn ratio = 3n), the size is three times as large as the 6 parallel connection state, and in the 2 series 3 parallel connection state (turn ratio = 2n), it is 2 compared to the 6 parallel connection state. Double the size.

よって、例えば図26のグラフG3に示したように順方向動作時には、6並列接続状態よりも2直列3並列接続状態のほうが、また2直列3並列接続状態よりも3直列2並列接続状態のほうが、そして3直列2並列接続状態よりも6直列接続状態のほうが、入力電圧である直流高圧電圧VHが高くなった場合に駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44,SG51〜SG54,SG61〜SG64のオン・デューティ比を高く維持することができ、このような接続切換制御を行うことにより、一定の出力電圧(直流低圧電圧VL)を維持可能な入力電圧(直流高圧電圧VH)の範囲が、より広くなる(電圧Vmin3から電圧Vmax31までの入力電圧範囲VH31から、電圧Vmin3から電圧Vmax32までの入力電圧範囲VH32へと広範化する)。   Therefore, for example, as shown in the graph G3 of FIG. 26, during forward operation, the 2 series 3 parallel connection state is more than the 6 parallel connection state, and the 3 series 2 parallel connection state is more than the 2 series 3 parallel connection state. When the DC high voltage VH as the input voltage is higher in the 6 series connection state than in the 3 series 2 parallel connection state, the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44, SG51 SG54, SG61 to SG64 can be maintained at a high on-duty ratio, and by performing such connection switching control, an input voltage (DC high voltage) that can maintain a constant output voltage (DC low voltage VL) can be maintained. VH) range becomes wider (from input voltage range VH31 from voltage Vmin3 to voltage Vmax31, from voltage Vmin3 to voltage Vmax32) Be broadened to the input voltage range VH32).

また、例えば図27のグラフG4に示したように逆方向動作時においても、6並列接続状態よりも2直列3並列接続状態のほうが、また2直列3並列接続状態よりも3直列2並列接続状態のほうが、そして3直列2並列接続状態よりも6直列接続状態のほうが、出力電圧である直流高圧電圧VHを高く設定した場合にも駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44,SG51〜SG54,SG61〜SG64のオン・デューティ比を低く維持することができ、このような接続切換制御を行うことにより、一定の入力電圧(直流低圧電圧VL)から生成可能な出力電圧(直流低圧電圧VL)の範囲が、より広くなる(電圧Vmin4から電圧Vmax41までの出力電圧範囲VH41から、電圧Vmin4から電圧Vmax42までの出力電圧範囲VH42へと広範化する)。   Also, for example, as shown in the graph G4 of FIG. 27, even in the reverse operation, the 2 series 3 parallel connection state is more than the 6 parallel connection state, and the 3 series 2 parallel connection state is more than the 2 series 3 parallel connection state. When the DC high voltage VH, which is the output voltage, is set higher in the 6 series connection state than in the 3 series 2 parallel connection state, the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to The on-duty ratios of SG44, SG51 to SG54, and SG61 to SG64 can be kept low. By performing such connection switching control, an output voltage that can be generated from a constant input voltage (DC low voltage VL) ( The range of the DC low voltage VL becomes wider (from the output voltage range VH41 from the voltage Vmin4 to the voltage Vmax41, from the voltage Vmin4 to the voltage Be broadened to the output voltage range VH42 up to max42).

以上のように本実施の形態では、6つのスイッチング回路11〜16と、これらにそれぞれ対応した6つの高圧側の巻線31A〜31Fおよび6つのインダクタLr1〜Lr6と、接続切換スイッチS51〜S55,S61〜S65とを設けるようにしたので、巻線31A〜31Fと巻線32A,32Bとの巻数比を、6並列接続、2直列3並列接続、3直列2並列接続および6直列接続の4つの接続状態順に大きくすることができ、3つの接続状態順(4並列接続、2直列2並列接続および4直列接続)に大きくすることが可能な第1の実施の形態と比べ、変換可能な電圧範囲をより広げることが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the six switching circuits 11 to 16, the six high-voltage side windings 31A to 31F and the six inductors Lr1 to Lr6, the connection changeover switches S51 to S55, Since S61 to S65 are provided, the winding ratio between the windings 31A to 31F and the windings 32A and 32B is set to 4 parallel connections, 2 series 3 parallel connections, 3 series 2 parallel connections, and 6 series connections. Compared with the first embodiment, which can be increased in order of connection state and can be increased in order of three connection states (4 parallel connection, 2 series 2 parallel connection, and 4 series connection). Can be further expanded.

なお、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様にしてインダクタLr1〜Lr6の作用により、回路内の電流変化を緩やかにすることができる。よって、スイッチング回路11〜16同士のタイミングのずれに対する許容度を大きくすることができ、サージ電流の発生を抑えつつ変換可能な電圧範囲の広範化を実現することも可能である。   In the present embodiment as well, the current change in the circuit can be moderated by the action of the inductors Lr1 to Lr6 as in the first embodiment. Therefore, it is possible to increase the tolerance for the timing difference between the switching circuits 11 to 16, and it is also possible to widen the voltage range that can be converted while suppressing the generation of the surge current.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態のスイッチング電源装置は、奇数である5つのスイッチング回路11〜15と、これらにそれぞれ対応したトランス3における5つの高圧側の巻線31A〜31Eおよび5つのインダクタLr1〜Lr5と、それぞれ4つずつの接続切換スイッチS51〜S54,S61〜S64とを備えたものである。なお、その他の構成は、図1に示した構成と同様である。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The switching power supply according to the present embodiment includes five odd-numbered switching circuits 11 to 15, five high-voltage side windings 31 </ b> A to 31 </ b> E and five inductors Lr <b> 1 to Lr <b> 5 respectively corresponding to the switching circuits 11 to 15. Four connection selector switches S51 to S54 and S61 to S64 are provided. Other configurations are the same as those shown in FIG.

図28は、本実施の形態における制御部7による電流経路の接続切換制御の詳細を表したものである。この図において、図3に示したものと同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   FIG. 28 shows the details of the current path connection switching control by the control unit 7 in the present embodiment. In this figure, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

本実施の形態の接続切換制御では、まず、順方向動作時には電圧検出回路61によって検出された直流高圧電圧VH(逆方向動作時には直流高圧電圧VHの目標電圧値が)が所定のしきい値電圧Vth5(逆方向動作時は所定のしきい値電圧Vth6とする)よりも低い場合には、制御部7によって、接続切換スイッチS51〜S54,S61〜S64がそれぞれオン状態となる。すると、5つのスイッチング回路11〜15および5つの高圧側の巻線31A〜31Eにそれぞれ対応する5つの電流経路(第1〜第5の電流経路)が互いに並列接続状態(5並列接続状態)となる。   In the connection switching control of the present embodiment, first, the DC high voltage VH detected by the voltage detection circuit 61 during forward operation (the target voltage value of the DC high voltage VH during reverse operation) is a predetermined threshold voltage. When it is lower than Vth5 (predetermined threshold voltage Vth6 during reverse operation), the control switch 7 turns on the connection changeover switches S51 to S54 and S61 to S64. Then, five current paths (first to fifth current paths) respectively corresponding to the five switching circuits 11 to 15 and the five high-voltage side windings 31A to 31E are connected in parallel with each other (five parallel connection states). Become.

一方、検出された直流高圧電圧VH(逆方向動作時には直流高圧電圧VHの目標電圧値)がしきい値電圧Vth5(逆方向動作時はしきい値電圧Vth6)以上の場合には、制御部7によって、接続切換スイッチS51〜S54,S61〜S64がいずれもオフ状態となる。すると、第1〜第5の電流経路が互いに直列接続状態(5直列接続状態)となる。   On the other hand, when the detected DC high voltage VH (target voltage value of DC high voltage VH during reverse operation) is equal to or higher than threshold voltage Vth5 (threshold voltage Vth6 during reverse operation), control unit 7 As a result, the connection selector switches S51 to S54 and S61 to S64 are all turned off. Then, the first to fifth current paths are in series connection with each other (5 series connection state).

このような構成により本実施の形態のスイッチング電源装置では、トランス3における巻線31A〜31Eの巻数npと巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比(np/ns)が、5並列接続状態および5直列接続状態で比較すると、5直列接続状態(巻数比=5n)では、5並列接続状態(巻数比=n)と比べて5倍の大きさとなる。   With such a configuration, in the switching power supply device according to the present embodiment, the winding ratio np / ns between the number of turns np of the windings 31A to 31E and the number of turns ns of the windings 32A and 32B in the transformer 3 is 5 in a parallel connection state. When compared in the 5 series connection state, the 5 series connection state (turn ratio = 5n) is five times larger than the 5 parallel connection state (turn ratio = n).

よって、例えば図29のグラフG5に示したように順方向動作時には、5並列接続状態よりも5直列接続状態のほうが、入力電圧である直流高圧電圧VHが高くなった場合に駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44,SG51〜SG54のオン・デューティ比を高く維持することができ、このような接続切換制御を行うことにより、一定の出力電圧(直流低圧電圧VL)を維持可能な入力電圧(直流高圧電圧VH)の範囲が広くなる(電圧Vmin5から電圧Vmax51までの入力電圧範囲VH51から、電圧Vmin5から電圧Vmax52までの入力電圧範囲VH52へと広範化する)。   Therefore, for example, as shown in the graph G5 of FIG. 29, in the forward operation, when the DC high voltage VH that is the input voltage is higher in the 5 series connection state than in the 5 parallel connection state, the drive signals SG11 to SG14. , SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44, SG51 to SG54 can be kept high, and by performing such connection switching control, a constant output voltage (DC low voltage VL) is maintained. Is widened (the input voltage range VH51 from the voltage Vmin5 to the voltage Vmax51 is expanded to the input voltage range VH52 from the voltage Vmin5 to the voltage Vmax52).

また、例えば図30のグラフG6に示したように逆方向動作時においても、5並列接続状態よりも5直列接続状態のほうが、出力電圧である直流高圧電圧VHを高く設定した場合にも駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44,SG51〜SG54のオン・デューティ比を低く維持することができ、このような接続切換制御を行うことにより、一定の入力電圧(直流低圧電圧VL)から生成可能な出力電圧(直流低圧電圧VL)の範囲が広くなる(電圧Vmin6から電圧Vmax61までの出力電圧範囲VH61から、電圧Vmin6から電圧Vmax62までの出力電圧範囲VH62へと広範化する)。   Further, for example, as shown in the graph G6 of FIG. 30, even in the reverse operation, the drive signal is generated even when the DC high voltage VH as the output voltage is set higher in the 5 series connection state than in the 5 parallel connection state. The on-duty ratios of SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44, SG51 to SG54 can be kept low. By performing such connection switching control, a constant input voltage (DC low voltage) The range of the output voltage (DC low voltage VL) that can be generated from the voltage VL is widened (the output voltage range VH61 from the voltage Vmin6 to the voltage Vmax61 is expanded to the output voltage range VH62 from the voltage Vmin6 to the voltage Vmax62). ).

以上のようにして、本実施の形態においても、5つのスイッチング回路11〜15と、これらにそれぞれ対応した5つの高圧側の巻線31A〜31Eおよび5つのインダクタLr1〜Lr5と、接続切換スイッチS51〜S54,S61〜S64とを設けるようにしたので、第1および第2の実施の形態と同様にしてインダクタLr1〜Lr5の作用により、回路内の電流変化を緩やかにすることができる。よって、スイッチング回路11〜15同士のタイミングのずれに対する許容度を大きくすることができ、サージ電流の発生を抑えつつ変換可能な電圧範囲の広範化を実現することが可能となる。   As described above, also in the present embodiment, the five switching circuits 11 to 15, the five high-voltage side windings 31 </ b> A to 31 </ b> E and the five inductors Lr <b> 1 to Lr <b> 5 corresponding thereto, and the connection changeover switch S <b> 51. Since S54 and S61 to S64 are provided, the current change in the circuit can be moderated by the action of the inductors Lr1 to Lr5 in the same manner as in the first and second embodiments. Therefore, it is possible to increase the tolerance for the timing difference between the switching circuits 11 to 15, and it is possible to realize the widening of the convertible voltage range while suppressing the generation of the surge current.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。本実施の形態のスイッチング電源装置は上記第1〜第3の実施の形態と比べてさらにスイッチング回路等の個数を増やした場合に相当し、24個のスイッチング回路と、これらにそれぞれ対応したトランス3における24個の高圧側の巻線および24個のインダクタLr1〜Lr24と、それぞれ23個ずつの接続切換スイッチとを備えたものである。なお、その他の構成は、図1に示した構成と同様である。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The switching power supply device according to the present embodiment corresponds to a case where the number of switching circuits and the like is further increased as compared with the first to third embodiments, and includes 24 switching circuits and transformers 3 respectively corresponding thereto. Are provided with 24 high-voltage side windings, 24 inductors Lr1 to Lr24, and 23 connection changeover switches. Other configurations are the same as those shown in FIG.

図31は、本実施の形態における制御部7による電流経路の接続切換制御の詳細を表したものである。この図において、図2に示したものと同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   FIG. 31 shows the details of the current path connection switching control by the control unit 7 in the present embodiment. In this figure, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

本実施の形態の接続切換制御では、順方向動作時には電圧検出回路61によって検出された直流高圧電圧VH(逆方向動作時には直流高圧電圧VHの目標電圧値が)が高くなるのに従って、制御部7による接続切換スイッチのオン・オフ制御によって、24個のスイッチング回路および24個の高圧側の巻線にそれぞれ対応する24個の電流経路(第1〜第24の電流経路)の接続状態が、図31に示したように切り替わる。   In the connection switching control of the present embodiment, the control unit 7 increases as the DC high voltage VH detected by the voltage detection circuit 61 during forward operation (the target voltage value of the DC high voltage VH increases during reverse operation). The connection state of the 24 current paths (first to 24th current paths) respectively corresponding to the 24 switching circuits and the 24 high-voltage side windings by the on / off control of the connection changeover switch according to FIG. It switches as shown in 31.

すなわち、検出された直流高圧電圧VH(または直流高圧電圧VHの目標電圧値)が高くなるのに従って、これらの接続状態が、24並列接続状態、2直列12並列接続状態、3直列8並列接続状態、4直列6並列接続状態、6直列4並列接続状態、8直列3並列接続状態、12直列2並列接続状態および12直列接続状態の順に切り替わる。   That is, as the detected DC high voltage VH (or the target voltage value of the DC high voltage VH) increases, these connection states are 24 parallel connection state, 2 series 12 parallel connection state, 3 series 8 parallel connection state. 4 series 6 parallel connection state, 6 series 4 parallel connection state, 8 series 3 parallel connection state, 12 series 2 parallel connection state and 12 series connection state are switched in this order.

このような構成により本実施の形態のスイッチング電源装置では、トランス3における高圧側の巻線の巻数npと低圧側の巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比(np/ns)が、24並列接続状態から24直列接続状態への順に、巻数比=n,2n,3n,4n,6n,8n,12n,24nとなり、24直列接続状態では24並列接続状態と比べ24倍もの大きさとなる。   With such a configuration, in the switching power supply according to the present embodiment, the turns ratio (np / ns) of the number n of turns of the high-voltage side winding and the number of turns ns of the low-voltage side windings 32A and 32B in the transformer 3 is 24. The turn ratio = n, 2n, 3n, 4n, 6n, 8n, 12n, 24n in the order from the parallel connection state to the 24 series connection state, and the 24 series connection state is 24 times larger than the 24 parallel connection state.

よって、順方向動作時には、一定の出力電圧(直流低圧電圧VL)を維持可能な入力電圧(直流高圧電圧VH)の範囲が、さらに広くなる。また、逆方向動作時には、一定の入力電圧(直流低圧電圧VL)から生成可能な出力電圧(直流低圧電圧VL)の範囲が、さらに広くなる。   Therefore, during forward operation, the range of the input voltage (DC high voltage VH) that can maintain a constant output voltage (DC low voltage VL) is further widened. In the reverse operation, the range of the output voltage (DC low voltage VL) that can be generated from a constant input voltage (DC low voltage VL) is further widened.

以上のように本実施の形態では、24個のスイッチング回路と、これらにそれぞれ対応した24個の高圧側の巻線および24個のインダクタLr1〜Lr24と、それぞれ23個ずつの接続切換スイッチとを設けるようにしたので、高圧側の巻線と低圧側の巻線32A,32Bとの巻数比を、24並列接続状態、2直列12並列接続状態、3直列8並列接続状態、4直列6並列接続状態、6直列4並列接続状態、8直列3並列接続状態、12直列2並列接続状態および12直列接続状態の8つの接続状態順に大きくすることができ、3つの接続状態順(4並列接続、2直列2並列接続および4直列接続)に大きくすることが可能な第1の実施の形態、ならびに4つの接続状態順(6並列接続、2直列3並列接続、3直列2並列接続および6直列接続)に大きくすることが可能な第2の実施の形態と比べ、変換可能な電圧範囲をさらに広げることが可能となる。   As described above, in this embodiment, 24 switching circuits, 24 high-voltage side windings corresponding to these, 24 inductors Lr1 to Lr24, and 23 connection changeover switches respectively. Since it is provided, the turns ratio of the high-voltage side winding and the low-voltage side winding 32A, 32B is 24 parallel connection state, 2 series 12 parallel connection state, 3 series 8 parallel connection state, 4 series 6 parallel connection. State, 6 series 4 parallel connection state, 8 series 3 parallel connection state, 12 series 2 parallel connection state and 12 series connection state can be increased in order of 8 connection states (3 parallel connection order, 4 parallel connection, 2 The first embodiment which can be increased to 2 series connection and 4 series connection), and the order of 4 connection states (6 parallel connection, 2 series 3 parallel connection, 3 series 2 parallel connection and 6 series) Compared to the second embodiment that can be increased in connection), it is possible to further extend the convertible voltage range.

[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。本実施の形態のスイッチング電源装置は、第1の実施の形態のスイッチング電源装置において、制御部7の代わりに制御部70を設けるようにしたものである。
[Fifth embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The switching power supply according to the present embodiment is such that a control unit 70 is provided in place of the control unit 7 in the switching power supply according to the first embodiment.

図32は、本実施の形態に係る制御部70の構成を表すものである。この図において、図2に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。この制御部70は、第1の実施の形態における制御部7において、さらに基準電源Ref3、発振回路73、差動増幅器Amp2、抵抗器R2、比較器Comp3および演算回路74を設けるようにしたものである。   FIG. 32 illustrates a configuration of the control unit 70 according to the present embodiment. In this figure, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. In the control unit 70 in the first embodiment, a reference power source Ref3, an oscillation circuit 73, a differential amplifier Amp2, a resistor R2, a comparator Comp3, and an arithmetic circuit 74 are further provided. is there.

比較器Comp1の正極入力端子は、基準電源Ref1の代わりに基準電源Ref3の一端に接続されている。差動増幅器Amp2の正極入力端子は基準電源Ref2の一端に接続され、負極入力端子は電圧検出回路62の出力端子に接続され、出力端子は比較器Comp2の負極入力端子に接続されている。ただし、差動増幅器Amp2の負極入力端子へ供給される電圧は、例えば電圧検出回路62内の分圧抵抗からの取り出し位置等の違いにより、差動増幅器Amp1の負極入力端子へ供給される電圧よりもわずかに高くなるように設定されている。また、比較器Comp3の正極入力端子は発振器73の出力端子に接続され、出力端子は演算回路74の入力端子に接続されている。演算回路74の2つの入力端子は、この比較器Comp3の出力端子と、比較器Comp1の出力端子とに接続されている。抵抗器R2は差動増幅器Amp2の負極入力端子と出力端子との間に配置されている。   The positive input terminal of the comparator Comp1 is connected to one end of the reference power supply Ref3 instead of the reference power supply Ref1. The positive input terminal of the differential amplifier Amp2 is connected to one end of the reference power supply Ref2, the negative input terminal is connected to the output terminal of the voltage detection circuit 62, and the output terminal is connected to the negative input terminal of the comparator Comp2. However, the voltage supplied to the negative input terminal of the differential amplifier Amp2 is greater than the voltage supplied to the negative input terminal of the differential amplifier Amp1, due to, for example, a difference in the extraction position from the voltage dividing resistor in the voltage detection circuit 62. Also set to be slightly higher. The positive input terminal of the comparator Comp3 is connected to the output terminal of the oscillator 73, and the output terminal is connected to the input terminal of the arithmetic circuit 74. Two input terminals of the arithmetic circuit 74 are connected to the output terminal of the comparator Comp3 and the output terminal of the comparator Comp1. The resistor R2 is disposed between the negative input terminal and the output terminal of the differential amplifier Amp2.

本実施の形態の比較器Comp1は、後述する電圧VthHまたは電圧VthLの電位に対応する基準電源Ref3からの基準電位V3と、電圧検出回路61から出力される直流高圧電圧VHに対応する電圧の電位とを比較し、その比較結果を演算回路74へ出力するものである。具体的には、直流高圧電圧VHが電圧VthHよりも高い場合には、駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63は「L」レベルとなる一方、逆に直流高圧電圧VHが電圧VthLよりも低い場合には、駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63は「H」レベルとなる。   The comparator Comp1 of the present embodiment includes a reference potential V3 from a reference power supply Ref3 corresponding to the potential of the voltage VthH or voltage VthL described later, and a potential of a voltage corresponding to the DC high voltage VH output from the voltage detection circuit 61. And the comparison result is output to the arithmetic circuit 74. Specifically, when the DC high voltage VH is higher than the voltage VthH, the drive signals SG51 to SG53, SG61 to SG63 are at the “L” level, and conversely, when the DC high voltage VH is lower than the voltage VthL. Drive signals SG51 to SG53, SG61 to SG63 attain an “H” level.

差動増幅器Amp2は、差動増幅器Amp1と同様に、基準電源Ref2からの基準電位V2と、電圧検出回路62から出力される直流低圧電圧VLに対応する電圧の電位との電位差を増幅して出力するものである。   Similar to the differential amplifier Amp1, the differential amplifier Amp2 amplifies and outputs the potential difference between the reference potential V2 from the reference power supply Ref2 and the voltage corresponding to the DC low voltage VL output from the voltage detection circuit 62. To do.

比較器Comp3は、発振回路73から出力されるパルス電圧PLS3の電位と、差動増幅器Amp2からの出力電圧の電位とを比較し、その比較結果に基づいて接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63のもととなるパルス電圧を出力するものである。具体的には、差動増幅器Amp2からの出力電圧がパルス電圧PLS2よりも高い場合には出力は「L」レベルとなる一方、逆に差動増幅器Amp2からの出力電圧がパルス電圧PLS2よりも低い場合には直流入力出力は「H」レベルとなる。   The comparator Comp3 compares the potential of the pulse voltage PLS3 output from the oscillation circuit 73 with the potential of the output voltage from the differential amplifier Amp2, and based on the comparison result, the connection changeover switches S51 to S53, S61 to S63. The pulse voltage used as the basis of the drive signals SG51 to SG53, SG61 to SG63 is output. Specifically, when the output voltage from the differential amplifier Amp2 is higher than the pulse voltage PLS2, the output is at the “L” level, whereas the output voltage from the differential amplifier Amp2 is lower than the pulse voltage PLS2. In this case, the DC input / output becomes “H” level.

演算回路74は、比較器Comp1からの出力信号(「H」または「L」)および比較器Comp3からの出力信号(パルス電圧の信号)に基づいて論理演算を行い、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63を出力するものである。   The arithmetic circuit 74 performs a logical operation based on the output signal (“H” or “L”) from the comparator Comp1 and the output signal (pulse voltage signal) from the comparator Comp3, and performs connection changeover switches S51 to S53, The drive signals SG51 to SG53 and SG61 to SG63 of S61 to S63 are output.

ここで図33を参照して、順方向動作時おける制御部70による接続切換動作について詳細に説明する。図33は、順方向動作時の入力電圧である直流高圧電圧VHの大きさに応じた、スイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44および接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の動作状態、前述の第1〜第4の電流経路の接続状態、ならびにトランス3における巻線31A〜31Dの巻数npと巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比(np/ns)をそれぞれ表したものである。   Here, with reference to FIG. 33, the connection switching operation by the control unit 70 in the forward operation will be described in detail. FIG. 33 shows switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, S41 to S44 and connection changeover switches S51 to S53, S61 according to the magnitude of the DC high voltage VH that is the input voltage during forward operation. To S63, the connection state of the first to fourth current paths described above, and the turns ratio (np / ns) of the turns np of the windings 31A to 31D and the turns ns of the windings 32A and 32B in the transformer 3 Respectively.

まず、直流高圧電圧VHが電圧VthHよりも高い場合(VH≧VthH)には、第1の実施の形態と同様に、スイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44がそれぞれ直流高圧電圧VHの大きさに応じてデューティ比が変動するPWM(Pulse Width Modulation;パルス幅変調)動作を行うように、演算回路72が駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44をそれぞれ出力する。また、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63がいずれもオフ状態となり、第1〜第4の電流経路が互いに4直列接続状態となるように、演算回路74が駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63をそれぞれ出力する。なお、この場合は4直列接続状態であることから、巻数比は4nとなる。   First, when the DC high-voltage VH is higher than the voltage VthH (VH ≧ VthH), the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, and S41 to S44, respectively, as in the first embodiment. The arithmetic circuit 72 drives the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 so as to perform a PWM (Pulse Width Modulation) operation in which the duty ratio varies according to the magnitude of the DC high voltage VH. To SG44 are output. Further, the arithmetic circuit 74 causes the drive signals SG51 to SG53, SG61 to be connected so that the connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 are all turned off and the first to fourth current paths are connected in series with each other. SG63 is output. In this case, since the four series connection state, the turn ratio is 4n.

また、直流高圧電圧VHが電圧VthLよりも低い場合(VthL>VH)にも、第1の実施の形態と同様に、スイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44がそれぞれ直流高圧電圧VHの大きさに応じてデューティ比が変動するPWM動作を行うように、演算回路72が駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44をそれぞれ出力する。また、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63がいずれもオン状態となり、第1〜第4の電流経路が互いに4並列接続状態となるように、演算回路74が駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63をそれぞれ出力する。なお、この場合は4並列接続状態であることから、巻数比はnとなる。   In addition, when the DC high voltage VH is lower than the voltage VthL (VthL> VH), the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, and S41 to S44 are respectively the same as in the first embodiment. The arithmetic circuit 72 outputs drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44, respectively, so as to perform a PWM operation in which the duty ratio varies according to the magnitude of the DC high voltage VH. In addition, the arithmetic circuit 74 drives the drive signals SG51 to SG53, SG61 so that the connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 are all turned on, and the first to fourth current paths are connected to each other in four parallel connections. SG63 is output. In this case, the turn ratio is n because of the four parallel connection state.

一方、直流高圧電圧VHが電圧VthHと電圧VthMとの間にある場合(VthH>VH≧VthM)には、スイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44がそれぞれ直流高圧電圧VHの大きさによらずデューティ比が一定のPWM動作を行うように、演算回路72が駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44をそれぞれ出力する。また、演算回路74が、接続切換スイッチS51,S53,S61,S63がそれぞれオフ状態となるように駆動信号SG51,SG53,SG61,SG63をそれぞれ出力する一方、接続切換スイッチS52,S62がそれぞれ直流高圧電圧VHの大きさに応じてデューティ比が変動するPWM動作を行うように、駆動信号SG52,SG62をそれぞれ出力する。したがって、直流高圧電圧VHがこの電圧範囲にある場合、接続切換スイッチS52,S62がオン状態・オフ状態のいずれであるかによって、第1〜第4の電流経路の接続状態が4直列と2直列2並列との間で時間的に変動し、これにより巻数比も4n〜2nの間で連続的に変化することになる。   On the other hand, when the DC high voltage VH is between the voltage VthH and the voltage VthM (VthH> VH ≧ VthM), the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, and S41 to S44 are respectively DC high voltage. The arithmetic circuit 72 outputs drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 so that a PWM operation with a constant duty ratio is performed regardless of the magnitude of VH. The arithmetic circuit 74 outputs drive signals SG51, SG53, SG61, SG63 so that the connection changeover switches S51, S53, S61, S63 are turned off, respectively, while the connection changeover switches S52, S62 are respectively DC high voltage. Drive signals SG52 and SG62 are output so as to perform a PWM operation in which the duty ratio varies according to the magnitude of the voltage VH. Therefore, when the DC high voltage VH is in this voltage range, the connection state of the first to fourth current paths is 4 series or 2 series depending on whether the connection changeover switches S52 and S62 are in the on state or the off state. The time fluctuates between the two parallels, whereby the turns ratio also changes continuously between 4n and 2n.

また、直流高圧電圧VHが電圧VthMと電圧VthLとの間にある場合(VthM>VH≧VthL)には、スイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44がそれぞれ直流高圧電圧VHの大きさによらずデューティ比が一定のPWM動作を行うように、演算回路72が駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44をそれぞれ出力する。また、演算回路74が、接続切換スイッチS52,S62がそれぞれオン状態となるように駆動信号SG52,SG62をそれぞれ出力する一方、接続切換スイッチS51,S53,S61,S63がそれぞれ直流高圧電圧VHの大きさに応じてデューティ比が変動するPWM動作を行うように、駆動信号SG51,SG53,SG61,SG63をそれぞれ出力する。したがって、直流高圧電圧VHがこの電圧範囲にある場合、接続切換スイッチS51,S53,S61,S63がオン状態・オフ状態のいずれであるかによって、第1〜第4の電流経路の接続状態が2直列2並列と4並列の間で時間的に変動し、これにより巻数比も2n〜nの間で連続的に変化することになる。   When the DC high voltage VH is between the voltage VthM and the voltage VthL (VthM> VH ≧ VthL), the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, and S41 to S44 are respectively DC high voltage. The arithmetic circuit 72 outputs drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 so that a PWM operation with a constant duty ratio is performed regardless of the magnitude of VH. The arithmetic circuit 74 outputs drive signals SG52 and SG62 so that the connection changeover switches S52 and S62 are turned on, respectively, while the connection changeover switches S51, S53, S61, and S63 are respectively large in the DC high voltage VH. The drive signals SG51, SG53, SG61, and SG63 are output so as to perform the PWM operation in which the duty ratio fluctuates accordingly. Therefore, when the DC high voltage VH is in this voltage range, the connection state of the first to fourth current paths is 2 depending on whether the connection changeover switches S51, S53, S61, S63 are in the on state or the off state. It fluctuates in time between the series 2 parallel and the 4 parallel, whereby the turn ratio also changes continuously between 2n and n.

このような構成により制御部70は、制御部7と同様に、電圧検出回路62から出力される直流低圧電圧VLに応じた電圧に基づいて駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44を生成し、これによってスイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44をオン・オフ制御することにより、直流低圧電圧VLを安定化させる(一定に保つ)ようになっている。   With this configuration, similarly to the control unit 7, the control unit 70 drives the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, based on the voltage corresponding to the DC low voltage VL output from the voltage detection circuit 62. SG41 to SG44 are generated, and thereby the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, and S41 to S44 are turned on / off to stabilize (keep constant) the DC low voltage VL. It has become.

また、電圧検出回路61から出力される直流高圧電圧VHに応じた電圧の大きさ、および電圧検出回路62から出力される直流低圧電圧VLに応じた電圧の大きさに基づいて駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63を生成し、これによって接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の動作を制御することにより、スイッチング回路11と巻線31Aとを通る電流経路(第1の電流経路)、スイッチング回路12と巻線31Bとを通る電流経路(第2の電流経路)、スイッチング回路13と巻線31Cとを通る電流経路(第3の電流経路)、およびスイッチング回路14と巻線31Dとを通る電流経路(第4の電流経路)の接続状態を切り換えるようになっている。具体的には、第1〜第4の電流経路が互いに4直列接続された4直列接続状態のデューティ比、互いに2直列2並列接続された2直列2並列接続状態、および互いに4並列接続された4並列接続状態のデューティ比をそれぞれ変化させることにより、トランス3における巻線31A〜31Dの巻数npと巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比(np/ns)を連続的に変化させるようになっている。   The drive signals SG51 to SG53 are based on the magnitude of the voltage according to the DC high voltage VH output from the voltage detection circuit 61 and the magnitude of the voltage according to the DC low voltage VL output from the voltage detection circuit 62. , SG61 to SG63, and thereby controlling the operation of the connection changeover switches S51 to S53, S61 to S63, a current path (first current path) passing through the switching circuit 11 and the winding 31A, a switching circuit 12 and a current path passing through the winding 31B (second current path), a current path passing through the switching circuit 13 and the winding 31C (third current path), and a current passing through the switching circuit 14 and the winding 31D. The connection state of the path (fourth current path) is switched. Specifically, the first to fourth current paths are connected in series to each other 4 in series connection duty ratio, 2 in series 2 in parallel connection 2 in series 2 in parallel connection, and 4 in parallel to each other By changing the duty ratios of the four parallel connection states, the turns ratio (np / ns) between the turns np of the windings 31A to 31D and the turns ns of the windings 32A and 32B in the transformer 3 is continuously changed. It has become.

次に、図34〜図38を参照して、本実施の形態のスイッチング電源装置(図32に示した制御部70を有する)と、第1の実施の形態のスイッチング電源装置(比較例;図2に示した制御部7を有する)とにおいて、順方向動作時に入力電圧である直流高圧電圧VHが変化する際の接続切換制御に関して比較しつつ説明する。   Next, referring to FIGS. 34 to 38, the switching power supply device of this embodiment (having the control unit 70 shown in FIG. 32) and the switching power supply device of the first embodiment (comparative example; FIG. 2) and the connection switching control when the DC high voltage VH that is the input voltage changes during forward operation.

ここで、図34,図35は、比較例に係る接続切換制御のタイミング波形を表したものであり、図34は直流高圧電圧VHがしきい値電圧Vth12よりも大きい場合からこれよりも小さくなるまでのタイミング波形を、図35は直流高圧電圧VHがしきい値電圧Vth11よりも大きい場合からこれよりも小さくなるまでのタイミング波形を、それぞれ表している。一方、図36,図37は、本実施の形態に係る接続切換制御のタイミング波形を表したものであり、図36は直流高圧電圧VHが電圧VthHよりも大きい場合から電圧VthMまで低下する際のタイミング波形を、図37は直流高圧電圧VHが電圧VthMから電圧VthLよりも小さくなるまでのタイミング波形を、それぞれ表している。具体的には、これら図34〜図37では、(A)は直流高圧電圧VHを、(B)は駆動信号SGm1,SGm3(m=1〜4)を、(C)は駆動信号SGm2,SGm4(m=1〜4)を、(D)は駆動信号SG51,SG61を、(E)は駆動信号SG52,SG62を、(F)は駆動信号SG53,SG63を、(G)はセンタタップCTでの電位VCTを、(H)は直流低圧電圧VLを、それぞれ表している。また、図38は、本実施の形態の制御部70による入力電圧とデューティ比および接続状態との関係を表したものであり、比較例(第1の実施の形態)における図10に対応するものである。なお、図34〜図37において、4直列接続状態を「4s」と表し、2直列2並列接続状態を「2s2p」と表し、4並列接続状態を「4p」と表している。   Here, FIGS. 34 and 35 show timing waveforms of connection switching control according to the comparative example. FIG. 34 shows that the DC high voltage VH is larger than the threshold voltage Vth12 and becomes smaller than this. FIG. 35 shows timing waveforms until the DC high voltage VH is higher than the threshold voltage Vth11 until it becomes smaller than this. On the other hand, FIGS. 36 and 37 show timing waveforms of the connection switching control according to the present embodiment, and FIG. 36 shows a case where the DC high voltage VH decreases from the voltage VthH to the voltage VthM. FIG. 37 shows a timing waveform until the DC high voltage VH decreases from the voltage VthM to the voltage VthL. Specifically, in FIGS. 34 to 37, (A) shows the DC high voltage VH, (B) shows the drive signals SGm1, SGm3 (m = 1 to 4), and (C) shows the drive signals SGm2, SGm4. (M = 1 to 4), (D) shows drive signals SG51 and SG61, (E) shows drive signals SG52 and SG62, (F) shows drive signals SG53 and SG63, and (G) shows center tap CT. (H) represents the DC low voltage VL. FIG. 38 shows the relationship between the input voltage, the duty ratio, and the connection state by the control unit 70 of the present embodiment, and corresponds to FIG. 10 in the comparative example (first embodiment). It is. 34 to 37, the 4 series connection state is represented as “4s”, the 2 series 2 parallel connection state is represented as “2s2p”, and the 4 parallel connection state is represented as “4p”.

まず、図34に示した比較例では、直流高圧電圧VH((A))がしきい値電圧Vth12よりも高いとき(タイミングt120〜t121)には、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63はオフ状態となり((D)〜(F))、第1〜第4の電流経路が互いに4直列接続状態となる一方、直流高圧電圧VHがしきい値電圧Vth12よりも低くなると(タイミングt121以降)、駆動信号SG52,SG62がオン状態となり((E))、第1〜第4の電流経路が互いに2直列2並列接続状態となる。つまり、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63はそれぞれ、直流高圧電圧VHが所定のしきい値電圧Vth12よりも高いか否かにより、制御部7によってそのオン・オフ状態が切り替わるような制御がなされる。   First, in the comparative example shown in FIG. 34, when the DC high voltage VH ((A)) is higher than the threshold voltage Vth12 (timing t120 to t121), the connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 are switched. The drive signals SG51 to SG53, SG61 to SG63 are turned off ((D) to (F)), and the first to fourth current paths are connected in series with each other, while the DC high voltage VH is a threshold voltage. When it becomes lower than Vth12 (after timing t121), the drive signals SG52 and SG62 are turned on ((E)), and the first to fourth current paths are in a two-series two-parallel connection state. That is, the connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 are controlled so that the control unit 7 switches the on / off state depending on whether or not the DC high voltage VH is higher than the predetermined threshold voltage Vth12. Made.

また、図35に示した比較例では、直流高圧電圧VH((A))がしきい値電圧Vth11よりも高いとき(タイミングt123〜t124)には、駆動信号SG51,SG53,SG61,SG63がオフ状態であると共に駆動信号SG52,SG63がオン状態であり((D)〜(F))、第1〜第4の電流経路が互いに2直列2並列接続状態である一方、直流高圧電圧VHがしきい値電圧Vth11よりも低くなると(タイミングt124以降)、駆動信号SG51,SG53,SG61,SG63もオン状態となり((D),(F))、第1〜第4の電流経路が互いに4並列接続状態となる。つまりこの場合も、接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63はそれぞれ、直流高圧電圧VHが所定のしきい値電圧Vth11よりも高いか否かにより、制御部7によってそのオン・オフ状態が切り替わるような制御がなされる。   In the comparative example shown in FIG. 35, when the DC high voltage VH ((A)) is higher than the threshold voltage Vth11 (timing t123 to t124), the drive signals SG51, SG53, SG61, SG63 are turned off. And the drive signals SG52 and SG63 are in the on state ((D) to (F)), and the first to fourth current paths are connected in two series and two in parallel, while the DC high voltage VH is When it becomes lower than the threshold voltage Vth11 (after timing t124), the drive signals SG51, SG53, SG61, SG63 are also turned on ((D), (F)), and the first to fourth current paths are connected in parallel to each other. It becomes a state. That is, also in this case, the connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 are switched on and off by the control unit 7 depending on whether or not the DC high voltage VH is higher than a predetermined threshold voltage Vth11. Control.

そしてスイッチング素子S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44の駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44((B),(C))は、直流高圧電圧VHが変化することによって直流低圧電圧VLも変動してしまうのを回避するため、制御部7によってそれらのデューティ比が変化するように制御がなされ、直流低圧電圧VL((H))が一定に保たれるようになっている。   The drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 ((B), (C)) of the switching elements S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, S41 to S44 are DC high voltage. In order to prevent the DC low voltage VL from fluctuating due to the change in VH, the control unit 7 controls the duty ratio to change so that the DC low voltage VL ((H)) is kept constant. It is supposed to be kept.

しかしながら、例えばタイミングt121において4直列接続状態から2直列2並列接続状態へと切り替わる際や、タイミングt124において2直列2並列接続状態から4並列接続状態へと切り替わる際に、それぞれ符号G4,G5で示したように、直流低圧電圧VLにオーバーシュートが生じ、タイミングt121〜t122,t124〜t125の期間では一定に保たれなくなっている。これは、接続状態がタイミングt121,t124において急激に切り替わるため、制御部7内の差動増幅器Amp1(エラーアンプ)の応答速度が追いつかず、センタ図中のタップ電圧VCT((G))において矢印で示したように、駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44のデューティ比が急激に変化すること(図10に示したしきい値電圧Vth11,Vth12における急激な変化)ができないからである。このようにして比較例では、タイミングt121〜t122,t124〜t125においてわずかながら駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44のデューティ比が大きくなるため、直流低圧電圧VLにオーバーシュートが生じてしまうこととなる。   However, for example, when switching from the 4 series connection state to the 2 series 2 parallel connection state at the timing t121, or when switching from the 2 series 2 parallel connection state to the 4 parallel connection state at the timing t124, they are indicated by reference numerals G4 and G5, respectively. As described above, overshoot occurs in the DC low voltage VL, and the DC low voltage VL cannot be kept constant in the period from the timing t121 to t122 and from t124 to t125. This is because the connection state is rapidly switched at timings t121 and t124, so that the response speed of the differential amplifier Amp1 (error amplifier) in the control unit 7 cannot catch up, and the tap voltage VCT ((G)) in the center diagram is an arrow. , The duty ratios of the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 change abruptly (abrupt changes in the threshold voltages Vth11 and Vth12 shown in FIG. 10). It is because it is not possible. In this way, in the comparative example, the duty ratios of the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 are slightly increased at the timings t121 to t122 and t124 to t125. Shooting will occur.

これに対して本実施の形態では、図36に示したように直流高圧電圧VHが電圧VthHと電圧VthMとの間で変化する場合には、前述のように、直流低圧電圧VLの大きさ(つまり間接的に直流高圧電圧VHの大きさ)に応じて接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の動作を制御し、4直列接続状態および2直列2並列接続状態のデューティ比をそれぞれ変化させることにより、トランス3における巻線31A〜31Dの巻数npと巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比(np/ns)を連続的に変化させるようになっている。   On the other hand, in the present embodiment, when the DC high voltage VH changes between the voltage VthH and the voltage VthM as shown in FIG. 36, as described above, the magnitude of the DC low voltage VL ( That is, the operation of the connection changeover switches S51 to S53, S61 to S63 is indirectly controlled according to the DC high voltage VH), and the duty ratios of the 4 series connection state and the 2 series 2 parallel connection state are changed. Thus, the turns ratio (np / ns) between the turns np of the windings 31A to 31D and the turns ns of the windings 32A and 32B in the transformer 3 is continuously changed.

また、図37に示したように直流高圧電圧VHが電圧VthMと電圧VthLとの間で変化する場合にも、直流低圧電圧VLの大きさ(間接的に直流高圧電圧VHの大きさ)に応じて接続切換スイッチS51〜S53,S61〜S63の動作を制御し、2直列2並列接続状態および4並列接続状態のデューティ比をそれぞれ変化させることにより、トランス3における巻数比(np/ns)を連続的に変化させるようになっている。   Also, as shown in FIG. 37, even when the DC high voltage VH changes between the voltage VthM and the voltage VthL, it depends on the magnitude of the DC low voltage VL (indirect magnitude of the DC high voltage VH). By controlling the operation of the connection changeover switches S51 to S53 and S61 to S63 and changing the duty ratios of the 2 series 2 parallel connection state and the 4 parallel connection state, the turn ratio (np / ns) in the transformer 3 is continuously increased. It is supposed to change.

さらに、差動増幅器Amp2の負極入力端子へ供給される電圧が差動増幅器Amp1の負極入力端子へ供給される電圧よりもわずかに高くなるように設定されているため、駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44(図36,図37の(B),(C))のデューティ比は一定となっている。よって、センタタップ電圧VCTの電圧波形は図36(G),図37(G)でそれぞれ示したようになり、その積分値(面積)が常に一定となることから、直流低圧電圧VL((H))にはオーバーシュートは生じず、常に一定に保たれるようになっている。   Further, since the voltage supplied to the negative input terminal of the differential amplifier Amp2 is set to be slightly higher than the voltage supplied to the negative input terminal of the differential amplifier Amp1, the drive signals SG11 to SG14, SG21 are set. ~ SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 (FIG. 36, (B), (C) in FIG. 37) have constant duty ratios. Therefore, the voltage waveform of the center tap voltage VCT is as shown in FIGS. 36 (G) and 37 (G), and the integrated value (area) thereof is always constant. Therefore, the DC low voltage VL ((H )) Does not cause an overshoot and is always kept constant.

このようにして本実施の形態のスイッチング電源装置では、例えば図38中の符号G6に示したように、直流高圧電圧VHが電圧VthHと電圧VthLとの間では、駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44のデューティ比は一定となる一方、図中の符号G7,G8でそれぞれ示したように、駆動信号SG52,SG62のデューティ比および駆動信号SG51,SG53,SG61,SG63のデューティ比は連続的に変化する。   Thus, in the switching power supply of the present embodiment, for example, as indicated by reference numeral G6 in FIG. 38, when the DC high voltage VH is between the voltage VthH and the voltage VthL, the drive signals SG11 to SG14, SG21 to While the duty ratios of SG24, SG31 to SG34, and SG41 to SG44 are constant, the duty ratios of the drive signals SG52 and SG62 and the drive signals SG51, SG53, SG61, and SG63 are indicated by reference numerals G7 and G8 in the figure, respectively. The duty ratio changes continuously.

なお、図36,図37では直流高圧電圧VHが電圧VthHと電圧VthLとの間で変化する場合について示したが、直流高圧電圧VHがVthH以上やVthL以下の場合には、例えば図38に示したように、駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44のデューティ比も一定の変化量で変位することになる。   36 and 37 show the case where the DC high voltage VH changes between the voltage VthH and the voltage VthL. However, when the DC high voltage VH is VthH or higher or VthL or lower, for example, FIG. As described above, the duty ratios of the drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44 are also displaced by a constant change amount.

以上のように、本実施の形態では、直流高圧電圧VHの大きさに応じて4並列接続状態、2直列2並列接続状態および4直列接続状態のデューティ比をそれぞれ変化させるようにしたので、これらの値を連続的に変化させることができ、急激な変化を回避することができる。よって、スイッチング装置内に応答速度が遅い素子(例えば、前述のエラーアンプなど)があるような場合であっても、トランス3における巻線31A〜31Dの巻数npと巻線32A,32Bの巻数nsとの巻数比(np/ns)を連続的に変化(増加または減少)させることができ、各素子の応答速度によらずに直流低圧電圧VLを安定化させることが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the duty ratios of the 4 parallel connection state, the 2 series 2 parallel connection state, and the 4 series connection state are changed according to the magnitude of the DC high voltage VH. The value of can be continuously changed, and a sudden change can be avoided. Therefore, even when there is an element with a slow response speed (for example, the above-described error amplifier) in the switching device, the number of turns np of the windings 31A to 31D and the number of turns ns of the windings 32A and 32B in the transformer 3 Can be continuously changed (increased or decreased), and the DC low voltage VL can be stabilized regardless of the response speed of each element.

なお、本実施の形態では、駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63のデューティ比が変化する場合と駆動信号SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44のデューティ比が変化する場合とを、直流高圧電圧VHの範囲で分けた場合で説明したが、両者のデューティ比とも変化させるようにしてもよい。   In the present embodiment, the duty ratios of drive signals SG51 to SG53, SG61 to SG63 change, and the duty ratios of drive signals SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, and SG41 to SG44 change. However, the duty ratios of the two may be changed.

また、本実施の形態では、制御部70による切換制御は、図36,図37に示したようなセンタタップ電圧VCTの電圧波形には限られず、例えば図36に対応するものとして図39や図40に示したようなものでもよい。これらのように構成した場合でも、本実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。ただし、スイッチング回路11〜14が前述した位相シフト動作をする場合には、図36,図37に示した電圧波形においてゼロ・ボルトスイッチング動作を行うことができるため、この場合にすることが好ましい。   In the present embodiment, the switching control by the control unit 70 is not limited to the voltage waveform of the center tap voltage VCT as shown in FIGS. 36 and 37. For example, FIG. 39 and FIG. 40 may be used. Even when configured as described above, it is possible to obtain the same effects as those of the present embodiment. However, when the switching circuits 11 to 14 perform the above-described phase shift operation, the zero-volt switching operation can be performed with the voltage waveforms shown in FIGS.

また、本実施の形態では、制御部70内に比較器Comp1および基準電源Ref3を設けたが、直流高圧電圧VHを電圧VthHと電圧VthLとの間で変化させるような場合にはこれらを設けず、演算回路74が比較器Comp3からの出力信号のみに基づいて駆動信号SG51〜SG53,SG61〜SG63を生成するようにしてもよい。   In the present embodiment, the comparator Comp1 and the reference power supply Ref3 are provided in the control unit 70. However, when the DC high voltage VH is changed between the voltage VthH and the voltage VthL, these are not provided. The arithmetic circuit 74 may generate the drive signals SG51 to SG53, SG61 to SG63 based only on the output signal from the comparator Comp3.

また、本実施の形態では、直流高圧電圧VHから直流低圧電圧VLを生成する順方向動作について説明したが、直流低圧電圧VLから直流高圧電圧VHを生成する逆方向動作の場合も、順方向動作の場合と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。   In the present embodiment, the forward operation for generating the DC low voltage VL from the DC high voltage VH has been described. However, the forward operation is also applied to the reverse operation for generating the DC high voltage VH from the DC low voltage VL. It is possible to obtain the same effect by the same operation as in the above case.

さらに、本実施の形態で説明したような制御部70による切換制御は、本発明の他の実施の形態に適用することも可能であり、同様の効果を得ることができる。   Furthermore, the switching control by the control unit 70 as described in the present embodiment can be applied to other embodiments of the present invention, and the same effect can be obtained.

以上、第1〜第5の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。   Although the present invention has been described with reference to the first to fifth embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made.

例えば上記実施の形態では、高圧側のスイッチング回路の個数が4個,6個,5個,24個の場合で説明したが、このスイッチング回路の個数はこれらの場合には限られない。ただし、このスイッチング回路の個数をN個(4以上の自然数)とすると、このNの約数が3つ以上存在するように、Nの値を設定するのが好ましい。このようにNの約数が3つ以上存在する場合、電流経路同士の接続状態が3つ以上存在、すなわちN個の並列接続状態とN個の直列接続状態とに加え、直列と並列との混合接続状態を設けることができ、変換可能な電圧範囲を広げることができるからである。よって本発明では、このNの約数の数ができるだけ多くなるように設定するのが望ましい。   For example, in the above-described embodiment, the case where the number of high-voltage side switching circuits is four, six, five, or 24 has been described, but the number of switching circuits is not limited to these cases. However, when the number of switching circuits is N (natural number of 4 or more), it is preferable to set the value of N so that there are three or more divisors of N. Thus, when there are three or more divisors of N, there are three or more connection states of current paths, that is, in addition to N parallel connection states and N serial connection states, This is because a mixed connection state can be provided and the convertible voltage range can be expanded. Therefore, in the present invention, it is desirable to set the divisor of N to be as large as possible.

また、上記実施の形態では、逆方向動作時には出力電圧(直流高圧電圧VH)の目標電圧値に応じて接続切換を行う場合で説明したが、この逆方向動作時にも順方向動作時と同様に、電圧検出回路62によって検出した入力電圧(直流低圧電圧VL)の大きさに応じて接続切換を行うようにしてもよい。そのように構成した場合、例えば順方向動作時と同様に、一定の出力電圧(直流高圧電圧VH)を維持可能な入力電圧(直流低圧電圧VL)の範囲を従来と比べて広げることが可能となる。なおこの場合には、順方向動作時とは逆に、検出した直流低圧電圧VLが大きくなるに従って、複数の電流経路同士を直列接続状態、直列接続と並列接続との混合接続状態、並列接続状態の順に接続切換を行い、トランスにおける1次側巻線の巻数npと2次側巻線の巻数nsとの巻数比(np/ns)を連続的に減少させるようにすればよい。   In the above-described embodiment, the case where the connection is switched according to the target voltage value of the output voltage (DC high voltage VH) during the reverse operation has been described. However, the reverse operation is the same as the forward operation. The connection may be switched according to the magnitude of the input voltage (DC low voltage VL) detected by the voltage detection circuit 62. In the case of such a configuration, for example, as in the forward operation, the range of the input voltage (DC low voltage VL) that can maintain a constant output voltage (DC high voltage VH) can be expanded compared to the conventional case. Become. In this case, in contrast to the forward operation, as the detected DC low voltage VL increases, the current paths are connected in series, in a mixed connection state in series connection and parallel connection, in parallel connection state. The connection is switched in this order, and the turn ratio (np / ns) between the number of turns np of the primary side winding and the number of turns ns of the secondary side winding in the transformer may be continuously reduced.

また、上記実施の形態では、逆方向動作時に出力電圧(直流高圧電圧VH)の目標電圧値に応じて接続切換を行う場合で説明したが、順方向動作時にも同様に、出力電圧(直流高圧電圧VL)の目標電圧値に応じて接続切換を行うようにしてもよい。そのように構成した場合、例えば逆方向動作時と同様に、一定の入力電圧(直流低圧電圧VL)から生成可能な出力電圧(直流高圧電圧VH)の範囲が広くなる。   In the above embodiment, the connection switching is performed according to the target voltage value of the output voltage (DC high voltage VH) during reverse operation. Similarly, the output voltage (DC high voltage) is also used during forward operation. The connection may be switched according to the target voltage value of voltage VL). In such a configuration, the range of the output voltage (DC high voltage VH) that can be generated from a constant input voltage (DC low voltage VL) is widened, for example, as in reverse operation.

また、上記実施の形態では、スイッチング回路4がセンタタップ型のアノードコモン接続の回路(またはプッシュプル型の回路)により構成された場合で説明したが、例えばフルブリッジ型の回路や、カソードコモン接続の回路により構成するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the switching circuit 4 is described as a center tap type anode common connection circuit (or push-pull type circuit). However, for example, a full bridge type circuit or a cathode common connection is used. You may make it comprise by the circuit of.

また、上記実施の形態では、スイッチング電源装置が降圧型の場合で説明したが、本発明は昇圧型のスイッチング電源装置に適用することも可能である。   In the above embodiment, the switching power supply device is described as a step-down type, but the present invention can also be applied to a step-up type switching power supply device.

本発明の第1の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the structure of the switching power supply device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1の制御部の構成を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the structure of the control part of FIG. 第1の実施の形態に係る接続状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the connection state which concerns on 1st Embodiment. 図1のスイッチング電源装置における順方向時の4並列接続状態の動作を説明するための回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram for explaining an operation in a four parallel connection state in a forward direction in the switching power supply device of FIG. 1. 図4に続く順方向時の4並列接続状態の動作を説明するための回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram for explaining the operation in the four parallel connection state in the forward direction following FIG. 4. 図1のスイッチング電源装置における順方向時の2直列2並列接続状態の動作を説明するための回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram for explaining an operation in a 2-series / 2-parallel connection state in the forward direction in the switching power supply device of FIG. 1. 図6に続く順方向時の2直列2並列接続状態の動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement of the 2 series 2 parallel connection state at the time of the forward direction following FIG. 図1のスイッチング電源装置における順方向時の4直列接続状態の動作を説明するための回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram for explaining an operation in a four-series connection state in a forward direction in the switching power supply device of FIG. 1. 図8に続く順方向時の4直列接続状態の動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement of the 4 series connection state at the time of the forward direction following FIG. 第1の実施の形態における順方向動作時の入力電圧とデューティ比および接続状態との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the input voltage at the time of forward operation in 1st Embodiment, a duty ratio, and a connection state. 比較例に係るスイッチング電源装置の構成を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the structure of the switching power supply device which concerns on a comparative example. 比較例に係るスイッチング電源装置の順方向動作を説明するためのタイミング波形図である。It is a timing waveform diagram for demonstrating the forward direction operation | movement of the switching power supply which concerns on a comparative example. 図1のスイッチング電源装置の順方向動作を説明するためのタイミング波形図である。FIG. 2 is a timing waveform diagram for explaining a forward operation of the switching power supply device of FIG. 1. 図1のスイッチング電源装置における逆方向時の4並列接続状態の動作を説明するための回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram for explaining an operation in a four parallel connection state in the reverse direction in the switching power supply device of FIG. 1. 図14に続く逆方向時の4並列接続状態の動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the operation | movement of the 4 parallel connection state at the time of the reverse direction following FIG. 図1のスイッチング電源装置における逆方向時の2直列2並列接続状態の動作を説明するための回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram for explaining an operation in a 2-series / 2-parallel connection state in the reverse direction in the switching power supply device of FIG. 1. 図16に続く逆方向時の2直列2並列接続状態の動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the operation | movement of the 2 series 2 parallel connection state at the time of the reverse direction following FIG. 図1のスイッチング電源装置における逆方向時の4直列接続状態の動作を説明するための回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram for explaining an operation in a four-series connection state in the reverse direction in the switching power supply device of FIG. 1. 図18に続く逆方向時の4直列接続状態の動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the operation | movement of the 4 series connection state at the time of the reverse direction following FIG. 第1の実施の形態における逆方向動作時の入力電圧とデューティ比および接続状態との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the input voltage at the time of reverse operation | movement in 1st Embodiment, a duty ratio, and a connection state. 第1の実施の形態の変形例に係る順方向時の4直列接続状態の動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the operation | movement of the 4 series connection state at the time of the forward direction which concerns on the modification of 1st Embodiment. 図21に続く順方向時の4直列接続状態の動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement of the 4-series connection state at the time of the forward direction following FIG. 第1の実施の形態の変形例に係る順方向時の2直列2並列接続状態の動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement of the 2 series 2 parallel connection state at the time of the forward direction which concerns on the modification of 1st Embodiment. 図23に続く順方向時の2直列2並列接続状態の動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement of the 2 series 2 parallel connection state at the time of the forward direction following FIG. 本発明の第2の実施の形態に係る接続状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the connection state which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施の形態における順方向動作時の入力電圧とデューティ比および接続状態との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the input voltage at the time of the forward operation in 2nd Embodiment, a duty ratio, and a connection state. 第2の実施の形態における逆方向動作時の入力電圧とデューティ比および接続状態との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the input voltage at the time of reverse operation | movement in 2nd Embodiment, a duty ratio, and a connection state. 本発明の第3の実施の形態に係る接続状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the connection state which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施の形態における順方向動作時の入力電圧とデューティ比および接続状態との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the input voltage at the time of forward operation in 3rd Embodiment, a duty ratio, and a connection state. 第3の実施の形態における逆方向動作時の入力電圧とデューティ比および接続状態との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the input voltage at the time of reverse operation | movement in 3rd Embodiment, a duty ratio, and a connection state. 本発明の第4の実施の形態に係る接続状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the connection state which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係るスイッチング電源装置における制御部の構成を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the structure of the control part in the switching power supply which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 図32の制御部による接続切換動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the connection switching operation | movement by the control part of FIG. 図2の制御部による接続切換動作を説明するためのタイミング波形図である。FIG. 3 is a timing waveform diagram for explaining a connection switching operation by the control unit of FIG. 2. 図34に続く接続切換動作を説明するためのタイミング波形図である。FIG. 35 is a timing waveform chart for explaining a connection switching operation following FIG. 図32の制御部による接続切換動作を説明するためのタイミング波形図である。FIG. 33 is a timing waveform chart for explaining a connection switching operation by the control unit of FIG. 32. 図36に続く接続切換動作を説明するためのタイミング波形図である。FIG. 37 is a timing waveform chart for explaining a connection switching operation following FIG. 第5の実施の形態における順方向動作時の入力電圧とデューティ比および接続状態との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the input voltage at the time of forward operation in 5th Embodiment, a duty ratio, and a connection state. 第5の実施の形態の変形例に係る接続切換動作を説明するためのタイミング波形図である。It is a timing waveform diagram for demonstrating the connection switching operation | movement which concerns on the modification of 5th Embodiment. 第5の実施の形態の変形例に係る接続切換動作を説明するためのタイミング波形図である。It is a timing waveform diagram for demonstrating the connection switching operation | movement which concerns on the modification of 5th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

11〜14,4…スイッチング回路、3…トランス、31A〜31D…第1の巻線、32A,32B…第2の巻線、51…高圧バッテリ、52…低圧バッテリ、61,62…電圧検出回路、7,70…制御部、71,73…発振回路、72,74…演算回路、S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,S41〜S44,S10,S20…スイッチング素子、S51〜S53,S61〜S63…接続切換スイッチ、D11〜D14,D21〜D24,D31〜D34,D41〜D44,D10,D20…ダイオード、CH,CL…平滑コンデンサ、T1〜T4…入出力端子、L1H,L2H…高圧ライン、L1L,L2L…低圧ライン、Lr1〜Lr4,Lch…インダクタ、P1〜P26…接続点、CT…センタタップ、VCT…センタタップ電圧、VH…直流高圧電圧、VL…直流低圧電圧、Comp1〜Comp3…比較器、Amp1,Amp2…差動増幅器(エラーアンプ)、Ref1〜Ref3…基準電源、V1〜V3…基準電位、R1…抵抗器、PLS1,PLS2…パルス電圧、Ip11〜Ip14,Ip21〜Ip24,Ip31〜Ip34,Ip41〜Ip44,Is1〜Is6,Isp11,Isp12,Isp21,Isp22,Isp31,Isp32,Isp41,Isp42,Isp51,Isp52,Isp61,Isp62,Ixa〜Ixd…電流、SG11〜SG14,SG21〜SG24,SG31〜SG34,SG41〜SG44,SG10,SG20,SG51〜SG53,SG61〜SG63…スイッチング信号、t1,t20〜t31…タイミング。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11-14,4 ... Switching circuit, 3 ... Transformer, 31A-31D ... 1st winding, 32A, 32B ... 2nd winding, 51 ... High voltage battery, 52 ... Low voltage battery, 61, 62 ... Voltage detection circuit , 7, 70 ... control unit, 71, 73 ... oscillation circuit, 72, 74 ... arithmetic circuit, S11 to S14, S21 to S24, S31 to S34, S41 to S44, S10, S20 ... switching elements, S51 to S53, S61 ~ S63 ... connection changeover switch, D11 ~ D14, D21 ~ D24, D31 ~ D34, D41 ~ D44, D10, D20 ... diode, CH, CL ... smoothing capacitor, T1 ~ T4 ... input / output terminal, L1H, L2H ... high voltage line , L1L, L2L ... Low voltage line, Lr1-Lr4, Lch ... Inductor, P1-P26 ... Connection point, CT ... Center tap, VCT ... Tap voltage, VH ... DC high voltage, VL ... DC low voltage, Comp1-Comp3 ... Comparator, Amp1, Amp2 ... Differential amplifier (error amplifier), Ref1-Ref3 ... Reference power supply, V1-V3 ... Reference potential, R1 ... Resistor, PLS1, PLS2 ... pulse voltage, Ip11-Ip14, Ip21-Ip24, Ip31-Ip34, Ip41-Ip44, Is1-Is6, Isp11, Isp12, Isp21, Isp22, Isp31, Isp32, Isp41, Isp42, Isp51, Isp52, Isp61, Isp62, Ixa to Ixd ... current, SG11 to SG14, SG21 to SG24, SG31 to SG34, SG41 to SG44, SG10, SG20, SG51 to SG53, SG61 to SG63 ... switching signals, t1, t20 to t31: Timing.

Claims (20)

第1および第2の端子対を備え、この第1の端子側の第1の直流電圧と前記第2の端子対側の第2の直流電圧との間の電圧変換を行うスイッチング電源装置であって、
前記第1の端子対側に配置された互いに巻数の等しい複数の第1の巻線と、前記第2の端子対側に配置された第2の巻線とを有するトランスと、
前記第1の端子対側に前記複数の第1の巻線にそれぞれ対応して設けられ、各々が4つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型の複数の第1の回路と、
前記複数の第1の回路とこれら複数の第1の回路にそれぞれ対応する前記第1の巻線とから構成される複数の電流経路同士が互いに並列接続、直列接続または直列と並列との混合接続となるように接続切換を行う接続切換手段と
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
A switching power supply device comprising a first terminal pair and a second terminal pair for performing voltage conversion between the first DC voltage on the first terminal side and the second DC voltage on the second terminal pair side. And
A transformer having a plurality of first windings arranged on the first terminal pair side and having the same number of turns, and a second winding arranged on the second terminal pair side;
A plurality of first circuits of a full bridge type provided on the first terminal pair side corresponding to the plurality of first windings, each including four switching elements;
A plurality of current paths composed of the plurality of first circuits and the first windings respectively corresponding to the plurality of first circuits are connected in parallel to each other, in series connection, or in series and parallel mixed connection A switching power supply comprising: connection switching means for performing connection switching so that
入力された前記第1の直流電圧を電圧変換して前記第2の直流電圧を出力する場合において、
前記接続切換手段は、前記第1の直流電圧の大きさに応じて接続切換を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
In the case of converting the input first DC voltage to output the second DC voltage,
The switching power supply unit according to claim 1, wherein the connection switching unit performs connection switching according to the magnitude of the first DC voltage.
前記接続切換手段は、前記第1の直流電圧が大きくなるのに従って、並列接続、前記混合接続および直列接続の順に接続切換を行う
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。
The switching power supply unit according to claim 2, wherein the connection switching unit performs connection switching in the order of parallel connection, mixed connection, and series connection as the first DC voltage increases.
入力された前記第2の直流電圧を電圧変換して前記第1の直流電圧を出力する場合において、
前記接続切換手段は、前記第2の直流電圧の大きさに応じて接続切換を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
In the case of converting the input second DC voltage to output the first DC voltage,
The switching power supply unit according to claim 1, wherein the connection switching unit performs connection switching in accordance with the magnitude of the second DC voltage.
前記接続切換手段は、前記第2の直流電圧が大きくなるのに従って、直列接続、前記混合接続および並列接続の順に接続切換を行う
ことを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電源装置。
The switching power supply unit according to claim 4, wherein the connection switching means performs connection switching in the order of series connection, mixed connection, and parallel connection as the second DC voltage increases.
前記接続切換手段は、
複数の接続切換素子と、
前記第1の直流電圧または前記第2の直流電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路により検出された第1または第2の直流電圧の大きさに応じて、前記複数の接続切換素子のオン・オフ状態をそれぞれ制御する第1の制御部とを有する
ことを特徴とする請求項2ないし請求項5のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
The connection switching means is
A plurality of connection switching elements;
A voltage detection circuit for detecting the first DC voltage or the second DC voltage;
And a first control unit that controls on / off states of the plurality of connection switching elements according to the magnitude of the first or second DC voltage detected by the voltage detection circuit. The switching power supply device according to any one of claims 2 to 5.
前記接続切換手段は、前記第1または第2の直流電圧と所定の複数のしきい値電圧との間で値の大小をそれぞれ比較し、その比較結果に基づいて接続切換を行う
ことを特徴とする請求項2ないし請求項6のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
The connection switching means compares the values of the first or second DC voltage with a predetermined plurality of threshold voltages, and performs connection switching based on the comparison result. The switching power supply device according to any one of claims 2 to 6.
前記接続切換手段は、前記第1または第2の直流電圧の大きさに応じて、前記並列接続の状態のデューティ比、前記混合接続の状態のデューティ比および前記直列接続の状態のデューティ比のうちの少なくとも2つがそれぞれ変化するように接続切換を行う
ことを特徴とする請求項2ないし請求項6のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
The connection switching means includes a duty ratio in the parallel connection state, a duty ratio in the mixed connection state, and a duty ratio in the series connection state according to the magnitude of the first or second DC voltage. The switching power supply device according to any one of claims 2 to 6, wherein connection switching is performed so that at least two of these change.
前記接続切換手段は、前記第1の直流電圧が大きくなるのに従って前記第1の巻線と前記第2の巻線との巻数比が連続的に増加するようにすると共に、前記第2の直流電圧が大きくなるのに従って前記巻数比が連続的に減少するように、接続状態のデューティ比をそれぞれ変化させる
ことを特徴とする請求項8に記載のスイッチング電源装置。
The connection switching means continuously increases a turns ratio between the first winding and the second winding as the first DC voltage increases, and the second DC 9. The switching power supply device according to claim 8, wherein the duty ratio of the connection state is changed so that the turn ratio continuously decreases as the voltage increases.
入力された前記第2の直流電圧を電圧変換して前記第1の直流電圧を出力する場合において、
前記接続切換手段は、前記第1の直流電圧が所定の目標電圧値となるように接続切換を行う
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
In the case of converting the input second DC voltage to output the first DC voltage,
4. The switching power supply device according to claim 1, wherein the connection switching unit performs connection switching so that the first DC voltage becomes a predetermined target voltage value. 5.
前記接続切換手段は、
複数の接続切換素子と、
前記目標電圧値の大きさに応じて、前記複数の接続切換素子のオン・オフ状態をそれぞれ制御する第2の制御部とを有する
ことを特徴とする請求項10に記載のスイッチング電源装置。
The connection switching means is
A plurality of connection switching elements;
The switching power supply according to claim 10, further comprising: a second control unit that controls on / off states of the plurality of connection switching elements according to the magnitude of the target voltage value.
前記接続切換手段は、前記目標電圧値が大きくなるのに従って、並列接続、前記混合接続および直列接続の順に接続切換を行う
ことを特徴とする請求項10または請求項11に記載のスイッチング電源装置。
The switching power supply unit according to claim 10 or 11, wherein the connection switching unit performs connection switching in the order of parallel connection, mixed connection, and series connection as the target voltage value increases.
4つの前記第1の回路を備え、
4つの前記電流経路同士の接続状態として、4並列接続状態、2直列と2並列との混合接続状態および4直列接続状態を有する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
Comprising four said first circuits;
13. The connection state of the four current paths includes a four parallel connection state, a mixed connection state of two series and two parallels, and a four series connection state. 13. The switching power supply device described in 1.
6つの前記第1の回路を備え、
6つの前記電流経路同士の接続状態として、6並列接続状態、2直列と3並列との混合接続状態、3直列と2並列との混合接続状態および6直列接続状態を有する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
Comprising six said first circuits;
The connection states of the six current paths include six parallel connection states, two series and three parallel mixed connection states, three series and two parallel mixed connection states, and six series connection states. The switching power supply device according to any one of claims 1 to 12.
前記第1の回路の個数をN(4以上の自然数)とした場合に、このNの約数が3つ以上存在する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
The number of the first circuits is N (natural number of 4 or more), and there are three or more divisors of N. 13. Switching power supply.
前記4つのスイッチング素子は、それぞれ、前記複数の電流経路同士の接続状態によらず、常にオン・オフ動作を行う
ことを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
The switching according to any one of claims 1 to 15, wherein each of the four switching elements always performs an on / off operation regardless of a connection state of the plurality of current paths. Power supply.
前記4つのスイッチング素子は、それぞれ、前記複数の電流経路同士の接続状態に応じて、オン・オフ動作状態またはオン状態となる
ことを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
Each of the four switching elements is in an on / off operation state or an on state in accordance with a connection state of the plurality of current paths. The switching power supply device described.
前記第2の端子対側に、センタタップ型またはプッシュプル型の第2の回路を備えた
ことを特徴とする請求項1ないし請求項17のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
The switching power supply device according to any one of claims 1 to 17, further comprising a center tap type or push-pull type second circuit on the second terminal pair side.
前記第2の端子対側に、フルブリッジ型の第2の回路を備えた
ことを特徴とする請求項1ないし請求項17のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
The switching power supply according to any one of claims 1 to 17, further comprising a full-bridge second circuit on the second terminal pair side.
第1および第2の端子対を備え、この第1の端子対側の第1の直流電圧と前記第2の端子対側の第2の直流電圧との間の電圧変換を行うスイッチング電源装置であって、
前記第1の端子対側に配置された互いに巻数の等しい複数の第1の巻線と、前記第2の端子対側に配置された第2の巻線とを有するトランスと、
前記第1の端子対側に前記複数の第1の巻線にそれぞれ対応して設けられ、各々が4つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型の複数の回路と、
前記複数の回路同士をそれぞれ同期させて駆動する駆動回路と、
前記複数の回路にそれぞれ対応して設けられた複数のインダクタと、
前記複数の回路とこれら複数の回路にそれぞれ対応する前記第1の巻線とから構成される複数の電流経路同士が互いに並列接続または直列接続となるように接続切換を行う接続切換手段と
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
A switching power supply device comprising a first terminal pair and a second terminal pair for performing voltage conversion between a first DC voltage on the first terminal pair side and a second DC voltage on the second terminal pair side. There,
A transformer having a plurality of first windings arranged on the first terminal pair side and having the same number of turns, and a second winding arranged on the second terminal pair side;
A plurality of full-bridge circuits each provided on the first terminal pair side corresponding to the plurality of first windings, each including four switching elements;
A driving circuit for driving the plurality of circuits in synchronization with each other;
A plurality of inductors provided corresponding to the plurality of circuits, and
Connection switching means for switching connection so that a plurality of current paths constituted by the plurality of circuits and the first windings respectively corresponding to the plurality of circuits are connected in parallel or in series with each other. A switching power supply device characterized by that.
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