JP2007330081A - Switching regulator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a self-exciting converter of a switching regulator for high output at a low cost. <P>SOLUTION: An ET product monitor 230 acquires a voltage-time product of time and voltage value applied as a rectified DC voltage to a transformer 104. A switching control unit 250 compares the voltage-time product with a predetermined threshold value. It controls an FET106 depending on the comparison result, to invert switching state of the FET106 into a non-conductive state when a primary coil Np is conductive while into a conductive state when it is non-conductive. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明はスイッチング電源装置およびスイッチング電源方式に関し、特に詳細には、自励式フライバック型電源装置であるスイッチング電源装置およびスイッチング電源方式に関する。   The present invention relates to a switching power supply apparatus and a switching power supply system, and more particularly to a switching power supply apparatus and a switching power supply system that are self-excited flyback power supply apparatuses.

従来の自励式フライバック電源の基本回路図を図9に示し、該図を参照して該回路の動作を説明する。
商用交流電源700よりフィルタ回路701、整流回路702、平滑コンデンサ703により生成された直流入力電圧がトランス704の一次巻線Npに印加されている。スイッチングトランジスタ706のコレクタが一次巻線Npと接続されている。直流入力の正端子とスイッチング素子706のベース端子間には起動抵抗705が接続されている。直流入力より起動抵抗705を通してトランジスタ706のベース電流が流れるとコレクタ電流が流れ、一次巻線Npに電流を流す結果、トランス704が励磁される。これにより二次巻線Nsに電圧が誘起される。この結果、トランジスタ706のベース電流が増加し、さらにコレクタ電流が増加し、一次巻線Npの電流が増加するというように正帰還が行なわれる。該正帰還は補助巻線Nbとトランジスタ706のベース間に接続した抵抗707およびコンデンサ717により制限されながらもトランジスタ706のコレクタ電流がベース電流と直流増幅率の積に相当する値まで続く。コレクタ電流がこの値を越えようとするとトランジスタ706のベース電流不足のため、コレクタ電圧は飽和領域から不飽和領域へ移行する。
A basic circuit diagram of a conventional self-excited flyback power supply is shown in FIG. 9, and the operation of the circuit will be described with reference to FIG.
A DC input voltage generated by the filter circuit 701, the rectifier circuit 702, and the smoothing capacitor 703 is applied to the primary winding Np of the transformer 704 from the commercial AC power supply 700. The collector of the switching transistor 706 is connected to the primary winding Np. A starting resistor 705 is connected between the positive terminal of the DC input and the base terminal of the switching element 706. When a base current of the transistor 706 flows from the DC input through the starting resistor 705, a collector current flows. As a result of flowing a current through the primary winding Np, the transformer 704 is excited. As a result, a voltage is induced in the secondary winding Ns. As a result, a positive feedback is performed such that the base current of the transistor 706 increases, the collector current further increases, and the current of the primary winding Np increases. The positive feedback is limited by a resistor 707 and a capacitor 717 connected between the auxiliary winding Nb and the base of the transistor 706, but the collector current of the transistor 706 continues to a value corresponding to the product of the base current and the DC amplification factor. If the collector current exceeds this value, the collector voltage shifts from the saturated region to the unsaturated region because of the insufficient base current of the transistor 706.

この結果トランジスタ706のVCEが上昇して一次巻線NPに印加される電圧が低下するため、補助巻線Nbの電圧も低下し、トランジスタ706のベース電流が低下する。このようにしてさらにトランジスタ706のコレクタ電圧を押し上げることとなるベース電流不足の状態がさらに進み・・・といった正帰還の結果、トランジスタ706は急激にオフする。トランジスタ706がオフすると、トランス704の各巻線には逆起電力が発生し、二次巻線Nsから二次側の整流ダイオード708を通して負荷電流が流れ出す。この半波電流はコンデンサ709により平滑されて直流出力とされる。トランス704に蓄えられたエネルギが0となると、出力電流も0となる。しかし、二次巻線Nsに残った僅かな残留エネルギが補助巻線Nbに電圧を発生させ、再度トランジスタ706を導通させる。すると一次巻線Npに電流が流れ、補助巻線Nbの電圧が上昇し、トランジスタ706のベース電流が流れ、その後は上述したのと同じ状態を繰り返すことで、スイッチング状態が維持される。   As a result, the VCE of the transistor 706 increases and the voltage applied to the primary winding NP decreases, so the voltage of the auxiliary winding Nb also decreases and the base current of the transistor 706 decreases. In this way, as a result of positive feedback such as a further shortage of base current that further increases the collector voltage of the transistor 706, the transistor 706 is rapidly turned off. When the transistor 706 is turned off, back electromotive force is generated in each winding of the transformer 704, and a load current flows out from the secondary winding Ns through the rectifier diode 708 on the secondary side. This half-wave current is smoothed by the capacitor 709 to be a DC output. When the energy stored in the transformer 704 becomes zero, the output current also becomes zero. However, the slight residual energy remaining in the secondary winding Ns generates a voltage in the auxiliary winding Nb and makes the transistor 706 conductive again. Then, a current flows through the primary winding Np, the voltage of the auxiliary winding Nb rises, a base current of the transistor 706 flows, and then the same state as described above is repeated to maintain the switching state.

以上のような動作において出力電圧が上昇して来ると、抵抗713、714による分圧電圧によってシャントレギュレータ711が動作し、抵抗712を介してフォトカプラ710のLED710aに電流が流れる。この電流によりLED710aが点灯し、フォトカプラ710内のフォトトランジスタ710bのインピーダンスが低下する。このインピーダンス低下がトランジスタ715をオンさせることでスイッチング素子706がオフする、といった動作によって一定電圧を出力するよう構成している。   When the output voltage increases in the above operation, the shunt regulator 711 is operated by the divided voltage by the resistors 713 and 714, and a current flows to the LED 710 a of the photocoupler 710 through the resistor 712. The LED 710a is turned on by this current, and the impedance of the phototransistor 710b in the photocoupler 710 is lowered. It is configured to output a constant voltage by such an operation that the switching element 706 is turned off when the impedance reduction turns on the transistor 715.

特開昭62−152370号公報JP 62-152370 A 特開昭63−316668号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 63-316668 特開平4−44075号公報JP-A-4-44075

しかしながら、従来の方式ではスイッチングトランジスタを駆動するベース電流の電源として、トランスの巻線出力を利用しているため、起動時およびターンオン時のゲート波形は矩形波状とはならず、ターンオンするために充分な電圧が得られない。このため、スイッチングトランジスタの損失が大きくなり、スイッチングトランジスタの温度が上昇するとともに効率が低下するという問題点があった。また、急峻な負荷変動や入力電圧変動が発生した場合にはスイッチングトランジスタをオフした状態を維持することが難しく、トランスが飽和する虞があった。また、トランスおよび半導体に流れる電流の波形率が悪いために、大電力出力には適さないという問題点があり、現在までのところ、小出力、低コストの電源に利用されるに留まっている。   However, since the conventional method uses the winding output of the transformer as the power supply for the base current that drives the switching transistor, the gate waveform at startup and turn-on is not rectangular, and is sufficient to turn on. Can not get the correct voltage. For this reason, there is a problem that the loss of the switching transistor increases, and the efficiency of the switching transistor decreases as the temperature of the switching transistor increases. Further, when a steep load fluctuation or input voltage fluctuation occurs, it is difficult to keep the switching transistor off, and the transformer may be saturated. In addition, since the waveform rate of the current flowing through the transformer and the semiconductor is poor, there is a problem that it is not suitable for high power output, and so far it has been used only for small output and low cost power sources.

本発明の目的は、トランスに印加される電圧・時間積を監視してトランスの状態を常時監視することで電源の不安定状態を無くし、安定動作を行なうとともに大電力の出力が行なえ、上記の問題点を解決可能なスイッチング電源装置を提供することである。   The object of the present invention is to monitor the voltage and time product applied to the transformer and constantly monitor the state of the transformer to eliminate the unstable state of the power source, to perform stable operation and to output a large amount of power. A switching power supply device capable of solving the problems is provided.

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、商用電源を整流して直流電圧を生成する整流手段と、該直流電圧を一次巻線に印加されて励磁されるトランスと、該トランスの補助巻線に発生した前記一次巻線からの誘導電圧によりスイッチングして該一次巻線を導通または非導通させるスイッチング手段とを備えたスイッチング電源装置において、前記トランスに前記直流電圧が印加される電圧値および時間の積である電圧時間積を求める積分手段、該電圧時間積を予め定めた閾値と比較する比較手段、および、該比較結果に応じて前記スイッチング手段を制御し、前記一次巻線が導通しているときは非導通とするようにおよび該巻線が非導通のときは導通させるように、該スイッチング手段のスイッチング状態を反転させる制御手段を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an aspect of the present invention includes a rectifier that rectifies a commercial power supply to generate a DC voltage, a transformer that is excited by applying the DC voltage to a primary winding, and an auxiliary to the transformer. A switching power supply comprising switching means for switching on and off the primary winding by switching with the induced voltage from the primary winding generated in the winding, and a voltage value at which the DC voltage is applied to the transformer Integration means for obtaining a voltage-time product that is a product of time and time, comparison means for comparing the voltage-time product with a predetermined threshold, and controlling the switching means in accordance with the comparison result so that the primary winding is conductive Control means for inverting the switching state of the switching means so as to be non-conductive when the winding is turned off and to be turned on when the winding is non-conductive. It is characterized in.

本発明の別の態様は、商用電源を整流して直流電圧を生成する整流手段と、該直流電圧を一次巻線に印加されて励磁されるトランスと、該一次巻線に接続されて該一次巻線を導通または非導通させるスイッチング手段とを備えたスイッチング電源装置において、前記一次巻線に発生される順方向電圧に応じた第1の電流を発生する第1の定電流手段、前記一次巻線に発生されるフライバック電圧に応じた第2の電流を発生する第2の定電流手段、 前記第1および第2の電流を積分する積分手段、該積分結果を予め定めた閾値と比較する比較手段、および、該比較結果に応じて前記スイッチング手段を制御し、前記一次巻線が導通しているときは非導通とするようにおよび該巻線が非導通のときは導通させるように、該スイッチング手段のスイッチング状態を反転させる制御手段を備えたことを特徴とする。   Another aspect of the present invention includes a rectifier that rectifies a commercial power supply to generate a DC voltage, a transformer that is excited by applying the DC voltage to the primary winding, and the primary winding connected to the primary winding. A switching power supply comprising a switching means for conducting or non-conducting the winding, wherein the first constant current means for generating a first current corresponding to a forward voltage generated in the primary winding; A second constant current means for generating a second current corresponding to a flyback voltage generated on the line; an integration means for integrating the first and second currents; and comparing the integration result with a predetermined threshold value. Comparing means, and controlling the switching means according to the comparison result, so as to be non-conductive when the primary winding is conductive and to be conductive when the winding is non-conductive, The switching means Characterized by comprising a control means for inverting the etching condition.

ここで、前記制御手段は、前記直流電圧から前記比較手段および自身に供給する電源を生成する補助電源機能を有するものであってよく、従来の自励コンバータでは成し得なかったスイッチング波形の整形を行なうことを可能とするものであり、スイッチング損失の低減に貢献する。   Here, the control means may have an auxiliary power supply function for generating power to be supplied to the comparison means and itself from the DC voltage, and shaping of a switching waveform that could not be achieved by a conventional self-excited converter. This contributes to the reduction of switching loss.

本発明のさらに別の態様は、商用電源を整流して直流電圧を生成する整流手段と、該直流電圧を一次巻線に印加されて励磁されるトランスと、該トランスの補助巻線に発生した前記一次巻線からの誘導電圧に基づいてスイッチングして該一次巻線を導通または非導通させるスイッチング手段とを備えたスイッチング電源装置において、前記一次巻線に流れる一次電流を検知する検知手段、検知された該一次電流に応じて前記スイッチング素子をオフする手段、および、前記スイッチング素子をオフしたときに前記補助巻線に現れる電圧を検知し、該補助巻線電圧の電圧時間積に応じて前記スイッチング素子をオンする手段を備えたことを特徴とする。   Still another aspect of the present invention includes a rectifier that rectifies a commercial power source to generate a DC voltage, a transformer that is excited by applying the DC voltage to a primary winding, and an auxiliary winding of the transformer. A switching power supply comprising switching means for switching on and off the primary winding by switching based on an induced voltage from the primary winding, and detecting means for detecting a primary current flowing in the primary winding; Means for turning off the switching element in accordance with the primary current that has been detected, and detecting a voltage that appears in the auxiliary winding when the switching element is turned off, and in accordance with a voltage time product of the auxiliary winding voltage. A means for turning on the switching element is provided.

本発明によれば、トランスに印加される電圧時間積を監視してトランスの状態を常時監視することで電源の不安定状態を無くし、安定動作を行うとともに大電力の出力を行うことができる。   According to the present invention, by monitoring the voltage-time product applied to the transformer and constantly monitoring the state of the transformer, the unstable state of the power source can be eliminated, stable operation can be performed, and high power can be output.

(実施例1)
本発明に係るスイッチング電源装置の実施例1を最も良く表す回路図を図1に示し、該図を参照して該回路の動作を説明する。図1において、参照符号107はゲート抵抗を示す。本実施例および以下の実施例に係るスイッチング電源装置は、電子写真方式の画像形成装置に用いることができる。
Example 1
FIG. 1 shows a circuit diagram that best represents the first embodiment of the switching power supply apparatus according to the present invention, and the operation of the circuit will be described with reference to the figure. In FIG. 1, reference numeral 107 indicates a gate resistance. The switching power supply according to this embodiment and the following embodiments can be used for an electrophotographic image forming apparatus.

商用交流電源100より入力を受け、フィルタ回路101を介して、ダイオードブリッジからなる整流ダイオード102にAC電源が印加されると、両波整流ダイオード102と一次整流コンデンサ103により、DC電圧を生成する。スイッチングを行う制御回路200のET積監視部230に接続された起動抵抗105により起動電流が制御回路200に供給されると、スイッチング素子であるFET106がオンし、スイッチングトランス104の一次巻線Npに電流が流れ始める。この電流により、補助巻線Nbにフォワード方向に電圧が発生し、制御回路200中のスイッチング制御電源部210が電力供給を受ける。一方で、二次巻線Nsは一次巻線Npとは逆方向に巻かれているため、電圧は励起されても二次側整流ダイオード108により電流が流れるのを阻止され、トランス104にエネルギが蓄えられることになる。   When an AC power is received from the commercial AC power supply 100 and applied to the rectifier diode 102 formed of a diode bridge via the filter circuit 101, a DC voltage is generated by the two-wave rectifier diode 102 and the primary rectifier capacitor 103. When the starting current is supplied to the control circuit 200 by the starting resistor 105 connected to the ET product monitoring unit 230 of the control circuit 200 that performs switching, the FET 106 that is a switching element is turned on, and the primary winding Np of the switching transformer 104 is turned on. Current begins to flow. This current generates a voltage in the forward direction in the auxiliary winding Nb, and the switching control power supply unit 210 in the control circuit 200 is supplied with power. On the other hand, since the secondary winding Ns is wound in the opposite direction to the primary winding Np, even if the voltage is excited, the secondary side rectifier diode 108 prevents current from flowing, and energy is supplied to the transformer 104. Will be stored.

制御回路200中のスイッチング制御部250がFET106をオフさせると、トランス104に蓄えられていたエネルギにより、FET106がオンしていたときと逆方向の電圧が一次巻線Npに発生する。同様の電圧は補助巻線Nb、二次巻線Nsにも発生し、二次巻線Ns側に発生した電圧はダイオード108の順方向に発生するため、ダイオード108から二次整流コンデンサ109への充電が開始され、コンデンサ109の両端電圧が上昇する。FET106がオン,オフを繰り返すことにより、コンデンサ109の両端電圧が上昇して二次側出力端電圧が所望の電圧以上となると、抵抗113、114による分圧電圧によってシャントレギュレータ111が動作する。この結果、抵抗112を介してフォトカプラ110のLED110aに電流が流れる。このようにしてスイッチングを制御することにより、二次側出力電圧が一定に制御される。   When the switching control unit 250 in the control circuit 200 turns off the FET 106, a voltage in the reverse direction to that when the FET 106 is on is generated in the primary winding Np by the energy stored in the transformer 104. A similar voltage is also generated in the auxiliary winding Nb and the secondary winding Ns. Since the voltage generated on the secondary winding Ns side is generated in the forward direction of the diode 108, the voltage from the diode 108 to the secondary rectifying capacitor 109 is increased. Charging is started and the voltage across the capacitor 109 rises. When the FET 106 is repeatedly turned on and off, the voltage across the capacitor 109 rises and the secondary output terminal voltage becomes equal to or higher than the desired voltage, and the shunt regulator 111 is operated by the voltage divided by the resistors 113 and 114. As a result, a current flows through the resistor 112 to the LED 110a of the photocoupler 110. By controlling the switching in this way, the secondary output voltage is controlled to be constant.

本実施例におけるスイッチング制御電源部210を最も良く表す回路図を図2に示し、該図を参照して該電源部の動作を説明する。   A circuit diagram that best represents the switching control power supply unit 210 in the present embodiment is shown in FIG. 2, and the operation of the power supply unit will be described with reference to FIG.

コンデンサ201側がトランス104の補助巻線Nbに接続されている。、ダイオード211が導通する方向にトランス104に電圧が発生すると、コンデンサ201に充電を開始する。また、補助巻線Nbもコンデンサ201に接続されており、補助巻線Nbによる充電も受けている。電源をオンすると、起動抵抗105によりコンデンサ201に充電が開始されて、コンデンサ201の両端電圧が上昇する。抵抗202と203により分圧された電源電圧が、ツェナーダイオード204のツェナー電圧とトランジスタ209のVbeを合わせた電圧よりも高くなると、トランジスタ209がオンし、トランジスタ209のコレクタ電流によりトランジスタ205がオンする。一度トランジスタ205がオンすると抵抗208により抵抗203の両端電圧が上昇するため、トランジスタ209および205がオンする際のコンデンサ201の両端電圧とオフする際のコンデンサ201の両端電圧が変化する。このようにヒステリシスを持たせた回路とすることで誤動作を防ぐことができる。   The capacitor 201 side is connected to the auxiliary winding Nb of the transformer 104. When the voltage is generated in the transformer 104 in the direction in which the diode 211 is conducted, the capacitor 201 starts to be charged. Further, the auxiliary winding Nb is also connected to the capacitor 201 and is charged by the auxiliary winding Nb. When the power is turned on, charging of the capacitor 201 is started by the starting resistor 105, and the voltage across the capacitor 201 increases. When the power supply voltage divided by the resistors 202 and 203 becomes higher than the sum of the Zener voltage of the Zener diode 204 and Vbe of the transistor 209, the transistor 209 is turned on, and the transistor 205 is turned on by the collector current of the transistor 209. . Once the transistor 205 is turned on, the voltage across the resistor 203 rises due to the resistor 208, so that the voltage across the capacitor 201 when the transistors 209 and 205 are turned on and the voltage across the capacitor 201 when turned off are changed. Such a circuit having hysteresis can prevent malfunction.

本実施例におけるET積監視部230を表す回路図を図3に示し、該図を参照して該監視部の動作を説明する。   A circuit diagram showing the ET product monitoring unit 230 in the present embodiment is shown in FIG. 3, and the operation of the monitoring unit will be described with reference to FIG.

ダイオード231のアノード側およびダイオード240のカソード側は、トランス104の補助巻線Nbの一端に接続されている。また、抵抗242、244、233、235、コンデンサ239の共通側は補助巻線Nbの他端に接続されている。FET106がオンして一次巻線Npに電源電圧が印加されると、同時に補助巻線Nbにも電圧が発生し、ダイオード231が導通する。補助巻線Nbの両端電圧に比例した電圧が抵抗232,233により発生し、抵抗232の両端電圧と同じ電圧が抵抗236に印加され、電圧に比例した定電流がトランジスタ237とダイオード238を介しコンデンサ239に流れ、コンデンサ239を充電する。この結果、コンデンサ239の両端電圧が上昇する。FET106がオフしたときは補助巻線Nbに逆方向の電圧が発生するため、ダイオード231は非導通となり、ダイオード240が導通する。   The anode side of the diode 231 and the cathode side of the diode 240 are connected to one end of the auxiliary winding Nb of the transformer 104. The common side of the resistors 242, 244, 233, 235 and the capacitor 239 is connected to the other end of the auxiliary winding Nb. When the FET 106 is turned on and a power supply voltage is applied to the primary winding Np, a voltage is also generated in the auxiliary winding Nb at the same time, and the diode 231 becomes conductive. A voltage proportional to the voltage across the auxiliary winding Nb is generated by the resistors 232 and 233, the same voltage as the voltage across the resistor 232 is applied to the resistor 236, and a constant current proportional to the voltage is passed through the transistor 237 and the diode 238. 239 to charge the capacitor 239. As a result, the voltage across the capacitor 239 increases. When the FET 106 is turned off, a reverse voltage is generated in the auxiliary winding Nb, so that the diode 231 becomes non-conductive and the diode 240 becomes conductive.

この結果、フライバック電圧に比例した電圧が抵抗241に印加され、抵抗241の両端電圧と同じ電圧が抵抗245に印加される。従って、コンデンサ239からの放電電流は、抵抗245の抵抗値と抵抗245の両端電圧により定まる定電流源により放電される。以上述べたように、コンデンサ239は補助巻線Nbの電圧に比例した電流で充電され、フライバック電圧に比例した電流で放電される。よって、コンデンサ239の両端電圧がトランス104に印加されたET積(∝磁束)に相当する。そこで、スイッチング制御部250が、このET積(コンデンサ239の両端電圧)を監視し、監視結果に応じてFET106のオン,オフを制御する。   As a result, a voltage proportional to the flyback voltage is applied to the resistor 241, and the same voltage as the voltage across the resistor 241 is applied to the resistor 245. Therefore, the discharge current from the capacitor 239 is discharged by a constant current source determined by the resistance value of the resistor 245 and the voltage across the resistor 245. As described above, the capacitor 239 is charged with a current proportional to the voltage of the auxiliary winding Nb and discharged with a current proportional to the flyback voltage. Therefore, the voltage across the capacitor 239 corresponds to the ET product (a magnetic flux) applied to the transformer 104. Therefore, the switching control unit 250 monitors the ET product (the voltage across the capacitor 239), and controls on / off of the FET 106 according to the monitoring result.

本実施例におけるスイッチング制御部250を表す回路図を図4に示し、該図を参照して該制御部の動作を説明する。   FIG. 4 is a circuit diagram showing the switching control unit 250 in the present embodiment, and the operation of the control unit will be described with reference to FIG.

図4において、2つのコンパレータ回路が構成されている。一つはダーリントンペアトランジスタ254、255およびダーリントンペアトランジスタ256、257を入力端に持ち、もう一つはダーリントンペアトランジスタ264、265およびダーリントンペアトランジスタ266、267を入力端に持つ。トランジスタ265には抵抗261、262により、トランジスタ255には抵抗251、252により、抵抗分圧による初期値が与えられる。   In FIG. 4, two comparator circuits are configured. One has Darlington pair transistors 254 and 255 and Darlington pair transistors 256 and 257 at the input terminals, and the other has Darlington pair transistors 264 and 265 and Darlington pair transistors 266 and 267 at the input terminals. The transistor 265 is given an initial value by resistance division by resistors 261 and 262 and the transistor 255 by resistors 251 and 252.

コンデンサ239より、抵抗269を介してトランジスタ267へ、および抵抗259を介してトランジスタ257へ電圧を供給することにより、コンデンサ239の電圧が抵抗262の電圧よりも高いときにトランジスタ270がオンする。また、コンデンサ239の電圧が抵抗252の電圧よりも低いときにトランジスタ260がオンする。トランジスタ260はFET274に接続され、トランジスタ270はFET273に接続され、両FETでフリップフロップ(F/F)が構成されている。   By supplying a voltage from the capacitor 239 to the transistor 267 through the resistor 269 and to the transistor 257 through the resistor 259, the transistor 270 is turned on when the voltage of the capacitor 239 is higher than the voltage of the resistor 262. Further, the transistor 260 is turned on when the voltage of the capacitor 239 is lower than the voltage of the resistor 252. The transistor 260 is connected to the FET 274, the transistor 270 is connected to the FET 273, and a flip-flop (F / F) is configured by both FETs.

以上より、ET積に相当するコンデンサ239の電圧が抵抗252の電圧以上、抵抗262の電圧以下のときにはF/F出力はハイレベルとなる。また、コンデンサ239の電圧が抵抗262の両端電圧以下、抵抗252の両端電圧以上の時にはF/F出力はローレベルとなる。   From the above, when the voltage of the capacitor 239 corresponding to the ET product is not less than the voltage of the resistor 252 and not more than the voltage of the resistor 262, the F / F output becomes high level. Further, when the voltage of the capacitor 239 is equal to or lower than the voltage across the resistor 262 and equal to or higher than the voltage across the resistor 252, the F / F output is at a low level.

ここで、フォトカプラ110のフォトトランジスタ110bは抵抗276と直列に接続され、該直列回路が基準電圧生成用抵抗262と並列に接続されている。二次側出力電圧が上昇すると先述したようにフォトカプラ110に電流が流れ、フォトカプラ110のLED110が発光する。このため、フォトトランジスタ110bのインピーダンスが低下して上記直列回路のインピーダンスが低下することから、抵抗262の両端電圧が低下する。この結果、F/F出力のハイ期間、すなわちFET106のオン時間が、二次側出力電圧上昇に応じて短くなるように制御されてトランス104に蓄えられるエネルギが減少するため、出力電圧が低下し安定に動作するように制御される。   Here, the phototransistor 110 b of the photocoupler 110 is connected in series with the resistor 276, and the series circuit is connected in parallel with the reference voltage generating resistor 262. When the secondary output voltage rises, a current flows through the photocoupler 110 as described above, and the LED 110 of the photocoupler 110 emits light. For this reason, since the impedance of the phototransistor 110b decreases and the impedance of the series circuit decreases, the voltage across the resistor 262 decreases. As a result, the high period of the F / F output, that is, the ON time of the FET 106 is controlled so as to be shortened in accordance with the increase of the secondary output voltage, and the energy stored in the transformer 104 is reduced. It is controlled to operate stably.

以上説明したように、本実施例によれば、スイッチング電源のスイッチングトランスの状態をET積により監視することによって動作の安定性を高めた信頼性の高い電源装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a highly reliable power supply device with improved operational stability by monitoring the state of the switching transformer of the switching power supply using the ET product.

(実施例2)
本発明に係るスイッチング電源装置の実施例2を最も良く表す回路図を図5に示し、該図を参照して該回路の動作を説明する。ここでは、実施例1の説明と重複する説明は省き、本実施例の特徴部について説明する。
(Example 2)
FIG. 5 shows a circuit diagram best representing the second embodiment of the switching power supply device according to the present invention, and the operation of the circuit will be described with reference to the figure. Here, description overlapping with the description of the first embodiment will be omitted, and the characteristic part of the present embodiment will be described.

本実施例はET積(電圧時間積)を補助巻線から検出するのではなく、図5において、トランス504の一次巻線Npに印加された電圧を検出するものである。スイッチング素子であるFET506がオンの時には、一次巻線Npに印加された電圧に比例した電圧により、抵抗548が定電流を発生させてコンデンサ539を充電する。また、FET506がオフの時にはトランス504のフライバック電圧に比例した電圧により、定電流を発生させてコンデンサ539を放電させる。実施例1と同様、コンパレータ部および電源部590がコンパレータにより充電、放電の閾値を予め定められた値と比較し、FET506を制御する。   In this embodiment, the ET product (voltage time product) is not detected from the auxiliary winding, but the voltage applied to the primary winding Np of the transformer 504 in FIG. 5 is detected. When the FET 506 serving as a switching element is on, the resistor 548 generates a constant current and charges the capacitor 539 with a voltage proportional to the voltage applied to the primary winding Np. When the FET 506 is off, a constant current is generated by a voltage proportional to the flyback voltage of the transformer 504 to discharge the capacitor 539. Similar to the first embodiment, the comparator unit and the power supply unit 590 control the FET 506 by comparing the charging and discharging thresholds with predetermined values by the comparator.

図5において参照符号590を付したブロックはコンパレータ部およびスイッチング制御回路の電源部であり、該ブロックの詳細を図6に示し、該図を参照して該ブロックの動作を説明する。   In FIG. 5, a block denoted by reference numeral 590 is a comparator unit and a power source unit of the switching control circuit. Details of the block are shown in FIG. 6, and the operation of the block will be described with reference to FIG.

図6において、起動抵抗505より流入する電流を受けて、ツェナーダイオード577とコンデンサ578の並列回路が電源電圧を生成する。この電源電圧により、コンパレータおよび出力F/F部が動作する。図6において、2つのコンパレータ回路が構成されている。一つはダーリントンペアトランジスタ554、555およびダーリントンペアトランジスタ556、557を入力端に持ち、もう一つはダーリントンペアトランジスタ564、565およびダーリントンペアトランジスタ566、567を入力端に持つ。トランジスタ565には抵抗561、562により、トランジスタ555には抵抗551、552により、抵抗分圧による初期値が与えられる。   In FIG. 6, in response to a current flowing from the starting resistor 505, a parallel circuit of a Zener diode 577 and a capacitor 578 generates a power supply voltage. The comparator and the output F / F unit operate with this power supply voltage. In FIG. 6, two comparator circuits are configured. One has Darlington pair transistors 554 and 555 and Darlington pair transistors 556 and 557 at the input terminals, and the other has Darlington pair transistors 564 and 565 and Darlington pair transistors 566 and 567 at the input terminals. The transistor 565 is given an initial value by resistance division by resistors 561 and 562 and the transistor 555 by resistors 551 and 552.

コンデンサ539より、抵抗569を介してトランジスタ567へ、および抵抗559を介してトランジスタ557へ電圧を供給することにより、コンデンサ539の電圧が抵抗562の電圧よりも高いときにトランジスタ570がオンする。また、コンデンサ539の電圧が抵抗552の電圧よりも低いときにトランジスタ560がオンする。トランジスタ560はFET574に接続され、トランジスタ570はFET573に接続され、両FETでフリップフロップ(F/F)が構成されている。   By supplying a voltage from the capacitor 539 to the transistor 567 through the resistor 569 and to the transistor 557 through the resistor 559, the transistor 570 is turned on when the voltage of the capacitor 539 is higher than the voltage of the resistor 562. Further, the transistor 560 is turned on when the voltage of the capacitor 539 is lower than the voltage of the resistor 552. The transistor 560 is connected to the FET 574, the transistor 570 is connected to the FET 573, and a flip-flop (F / F) is configured by both FETs.

以上より、コンデンサ539の電圧が抵抗552の電圧以上、抵抗562の電圧以下のときにはF/F出力はハイレベルとなる。また、コンデンサ539の電圧が抵抗562の両端電圧以下、抵抗552の両端電圧以上の時にはF/F出力はローレベルとなる。   From the above, when the voltage of the capacitor 539 is not less than the voltage of the resistor 552 and not more than the voltage of the resistor 562, the F / F output becomes high level. Further, when the voltage of the capacitor 539 is equal to or lower than the voltage across the resistor 562 and equal to or higher than the voltage across the resistor 552, the F / F output is at a low level.

以上述べたように、本実施例では一次巻線Npの電圧を直接監視することにより、補助巻線Nbを用いることなくスイッチング素子であるFETを制御するため、実施例1よりも少ない部品点数の構成で実施例1と同様の効果を得ることが可能となる。すなわち、実施例1の効果に加え、スイッチング素子やスイッチングトランスの利用効率を高め、低コストで部品点数が少なく、小型、低コストな電源装置を提供することができる。   As described above, in this embodiment, by directly monitoring the voltage of the primary winding Np, the FET as a switching element is controlled without using the auxiliary winding Nb. Therefore, the number of components is smaller than that in the first embodiment. With the configuration, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment. That is, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to increase the utilization efficiency of the switching element and the switching transformer, and to provide a small-sized and low-cost power supply apparatus with a low cost and a small number of parts.

(実施例3)
本発明に係るスイッチング電源装置の実施例3を最も良く表す回路図を図7に示し、該図を参照して該回路の動作を説明する。ここでは、実施例1および、実施例2の説明と重複する説明は省き、本実施例の特徴部について説明する。
(Example 3)
FIG. 7 shows a circuit diagram that best represents the third embodiment of the switching power supply according to the present invention, and the operation of the circuit will be described with reference to the figure. Here, description overlapping with the description of the first embodiment and the second embodiment will be omitted, and the characteristic part of the present embodiment will be described.

本実施例は、スイッチング素子をオンした際のオン時間の決定のみ、トランス604に流した一次側電流を検知することにより行なうことで、より回路を簡略化し、小型化、低コスト化を促進したものである。スイッチング素子であるFET606がオフした際には、逆方向電圧(フライバック電圧)によりコンデンサ電圧を充電し、コンパレータにより予め定められた値となったときにFET606のオフを停止する。FET606がオンした際には、トランス606の一次巻線Npに電源電圧が印加され、電流が流れ始める。この電流が予め定められた値となった際に、トランジスタ680が導通し、FET606がオフするとともに、図8に示される出力F/Fを停止する。   In this embodiment, only the determination of the on-time when the switching element is turned on is performed by detecting the primary current flowing in the transformer 604, thereby further simplifying the circuit and promoting the miniaturization and cost reduction. Is. When the FET 606, which is a switching element, is turned off, the capacitor voltage is charged with a reverse voltage (flyback voltage), and the FET 606 is turned off when the value becomes a predetermined value by a comparator. When the FET 606 is turned on, a power supply voltage is applied to the primary winding Np of the transformer 606, and current starts to flow. When this current reaches a predetermined value, the transistor 680 is turned on, the FET 606 is turned off, and the output F / F shown in FIG. 8 is stopped.

図7において参照符号691を付したブロックはコンパレータ部および出力F/F部であり、該ブロックの詳細を図8に示し、該図を参照して該ブロックの動作を説明する。スイッチング制御電源部690は図1中のスイッチング制御電源部210と同一構成で同様に動作する。   In FIG. 7, a block denoted by reference numeral 691 is a comparator unit and an output F / F unit. Details of the block are shown in FIG. 8, and the operation of the block will be described with reference to FIG. The switching control power supply unit 690 operates in the same manner as the switching control power supply unit 210 in FIG.

図8において、抵抗661、662による分圧回路が、ダーリントンペアトランジスタ664、665およびダーリントンペアトランジスタ666、667を備えるコンパレータの基準電圧を与える。FET671、673で出力のフリップフロップ(F/F)が構成されている。   In FIG. 8, a voltage dividing circuit using resistors 661 and 662 provides a reference voltage for a comparator including Darlington pair transistors 664 and 665 and Darlington pair transistors 666 and 667. The FETs 671 and 673 constitute an output flip-flop (F / F).

図7中のコンデンサ639の電圧が図8中の抵抗662の両端電圧よりも低くなると、コンパレータを構成するトランジスタ664、665がオフし、トランジスタ666、667がオンする。この結果、トランジスタ670がオンとなりF/Fの出力をハイレベルに固定する。電流が所定量を超えて図7中のトランジスタ680が動作すると該トランジスタのコレクタ電圧が低下し、該トランジスタのコレクタに接続されているF/Fの出力およびFET674のゲートがローレベルとなるとともにトランジスタ606をオフ状態とする。   When the voltage of the capacitor 639 in FIG. 7 becomes lower than the voltage across the resistor 662 in FIG. 8, the transistors 664 and 665 constituting the comparator are turned off and the transistors 666 and 667 are turned on. As a result, the transistor 670 is turned on and the output of the F / F is fixed to the high level. When the current exceeds a predetermined amount and the transistor 680 in FIG. 7 operates, the collector voltage of the transistor decreases, the output of the F / F connected to the collector of the transistor and the gate of the FET 674 become low level, and the transistor 606 is turned off.

ET積監視部730は、補助巻線Nbのフォワード側出力にてコンデンサ639をダイオード631と抵抗632を介し補助巻線Nbの出力電圧まで充電し、補助巻線Nbに現れるフライバック電圧に比例する定電流源により放電させることで、オフ時間を検出する。出力電圧制御は、検出抵抗649と電流検出抵抗648の両端に抵抗683とフォトカプラ610のフォトトランジスタ610b側を接続することにより制御を行なっている。   The ET product monitoring unit 730 charges the capacitor 639 to the output voltage of the auxiliary winding Nb via the diode 631 and the resistor 632 at the forward side output of the auxiliary winding Nb, and is proportional to the flyback voltage appearing in the auxiliary winding Nb. The off time is detected by discharging with a constant current source. The output voltage control is performed by connecting the resistor 683 and the phototransistor 610b side of the photocoupler 610 to both ends of the detection resistor 649 and the current detection resistor 648.

本発明に係るスイッチング電源装置の実施例1を最もよく表す回路図である。1 is a circuit diagram that best represents Example 1 of a switching power supply device according to the present invention; FIG. 実施例1の要部であるスイッチング制御電源部を表す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a switching control power supply unit that is a main part of the first embodiment. 実施例1の要部である電圧時間積部を表す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a voltage time product unit that is a main part of the first embodiment. 実施例1の要部であるスイッチング制御部(コンパレータ、出力F/F)を表す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a switching control unit (comparator, output F / F) that is a main part of the first embodiment. 本発明に係るスイッチング電源装置の実施例2を最もよく表す回路図である。It is a circuit diagram which best represents Example 2 of the switching power supply device according to the present invention. 実施例2の要部の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a main part of a second embodiment. 本発明に係るスイッチング電源装置の実施例3を最もよく表す回路図である。It is a circuit diagram which best represents Example 3 of the switching power supply device according to the present invention. 実施例3の要部の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a main part of a third embodiment. スイッチング電源装置の従来例を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the prior art example of a switching power supply device.

符号の説明Explanation of symbols

100,500,600 商用交流電源
101,501,601 フィルタ回路
102,502,602 整流ダイオード
103,503,603 一次平滑コンデンサ
104,504,604 スイッチングトランス
105,505 起動抵抗
106,506,606 FET(スイッチング素子)
107 ゲート抵抗
108,508,608 二次整流ダイオード
109,509,609 二次平滑コンデンサ
110,510,610 フォトカプラ
200 制御回路
210 スイッチング制御電源部
230,730 ET積監視部
250 スイッチング制御部
100, 500, 600 Commercial AC power supply 101, 501, 601 Filter circuit 102, 502, 602 Rectifier diode 103, 503, 603 Primary smoothing capacitor 104, 504, 604 Switching transformer 105, 505 Starting resistor 106, 506, 606 FET (switching element)
107 Gate resistors 108, 508, 608 Secondary rectifier diodes 109, 509, 609 Secondary smoothing capacitors 110, 510, 610 Photocoupler 200 Control circuit 210 Switching control power supply unit 230, 730 ET product monitoring unit 250 Switching control unit

Claims (4)

商用電源を整流して直流電圧を生成する整流手段と、該直流電圧を一次巻線に印加されて励磁されるトランスと、該トランスの補助巻線に発生した前記一次巻線からの誘導電圧によりスイッチングして該一次巻線を導通または非導通させるスイッチング手段とを備えたスイッチング電源装置において、
前記トランスに前記直流電圧が印加される電圧値および時間の積である電圧時間積を求める積分手段、
該電圧時間積を予め定めた閾値と比較する比較手段、および、
該比較結果に応じて前記スイッチング手段を制御し、前記一次巻線が導通しているときは非導通とするようにおよび該巻線が非導通のときは導通させるように、該スイッチング手段のスイッチング状態を反転させる制御手段
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
Rectifying means for rectifying a commercial power source to generate a DC voltage, a transformer that is excited by applying the DC voltage to the primary winding, and an induced voltage generated from the primary winding in the auxiliary winding of the transformer In a switching power supply device comprising switching means for switching to turn on or off the primary winding,
Integration means for obtaining a voltage time product which is a product of a voltage value and time at which the DC voltage is applied to the transformer;
Comparing means for comparing the voltage-time product with a predetermined threshold; and
The switching means is controlled according to the comparison result so that the switching means is turned off when the primary winding is turned on and turned on when the winding is turned off. A switching power supply comprising control means for inverting the state.
商用電源を整流して直流電圧を生成する整流手段と、該直流電圧を一次巻線に印加されて励磁されるトランスと、該一次巻線に接続されて該一次巻線を導通または非導通させるスイッチング手段とを備えたスイッチング電源装置において、
前記一次巻線に発生される順方向電圧に応じた第1の電流を発生する第1の定電流手段、
前記一次巻線に発生されるフライバック電圧に応じた第2の電流を発生する第2の定電流手段、
前記第1および第2の電流を積分する積分手段、
該積分結果を予め定めた閾値と比較する比較手段、および、
該比較結果に応じて前記スイッチング手段を制御し、前記一次巻線が導通しているときは非導通とするようにおよび該巻線が非導通のときは導通させるように、該スイッチング手段のスイッチング状態を反転させる制御手段
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
Rectifying means for rectifying a commercial power supply to generate a DC voltage, a transformer that is energized by applying the DC voltage to the primary winding, and connected to the primary winding to make the primary winding conductive or non-conductive. In a switching power supply device comprising switching means,
First constant current means for generating a first current corresponding to a forward voltage generated in the primary winding;
Second constant current means for generating a second current corresponding to the flyback voltage generated in the primary winding;
Integrating means for integrating the first and second currents;
A comparison means for comparing the integration result with a predetermined threshold; and
The switching means is controlled according to the comparison result so that the switching means is turned off when the primary winding is turned on and turned on when the winding is turned off. A switching power supply comprising control means for inverting the state.
請求項2に記載のスイッチング電源装置において、
前記制御手段は、前記直流電圧から前記比較手段および自身に供給する電源を生成する補助電源機能を有することを特徴とするスイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 2,
The switching power supply device characterized in that the control means has an auxiliary power supply function for generating power to be supplied to the comparison means and itself from the DC voltage.
商用電源を整流して直流電圧を生成する整流手段と、該直流電圧を一次巻線に印加されて励磁されるトランスと、該トランスの補助巻線に発生した前記一次巻線からの誘導電圧に基づいてスイッチングして該一次巻線を導通または非導通させるスイッチング手段とを備えたスイッチング電源装置において、
前記一次巻線に流れる一次電流を検知する検知手段、
検知された該一次電流に応じて前記スイッチング素子をオフする手段、および、
前記スイッチング素子をオフしたときに前記補助巻線に現れる電圧を検知し、該補助巻線電圧の電圧時間積に応じて前記スイッチング素子をオンする手段
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
Rectifying means for rectifying a commercial power source to generate a DC voltage, a transformer that is excited by applying the DC voltage to the primary winding, and an induced voltage from the primary winding generated in the auxiliary winding of the transformer Switching power supply comprising switching means for switching based on the primary winding to conduct or non-conduct,
Detecting means for detecting a primary current flowing in the primary winding;
Means for turning off the switching element in response to the sensed primary current; and
A switching power supply apparatus comprising: means for detecting a voltage appearing in the auxiliary winding when the switching element is turned off, and turning on the switching element in accordance with a voltage time product of the auxiliary winding voltage.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022130910A1 (en) * 2020-12-16 2022-06-23 ローム株式会社 Power supply control device, and flyback converter

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