JP2008079375A - Switching power supply circuit - Google Patents

Switching power supply circuit Download PDF

Info

Publication number
JP2008079375A
JP2008079375A JP2006253029A JP2006253029A JP2008079375A JP 2008079375 A JP2008079375 A JP 2008079375A JP 2006253029 A JP2006253029 A JP 2006253029A JP 2006253029 A JP2006253029 A JP 2006253029A JP 2008079375 A JP2008079375 A JP 2008079375A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
primary
winding
primary winding
voltage
switching element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006253029A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Yasumura
昌之 安村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2006253029A priority Critical patent/JP2008079375A/en
Publication of JP2008079375A publication Critical patent/JP2008079375A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply circuit by which a stable output DC voltage can be obtained without employing a magnetic amplifier control method requiring many count of components and which makes less noises. <P>SOLUTION: In a push-pull system converter wherein DC voltage is supplied to the center tap of a converter transformer PIT via a choke coil Lo1, the primary winding and the secondary winding of the converter transformer are made to be not larger than 0.8 in a coupling factor to cause a leakage inductor, forming a resonance circuit on the primary side and the secondary side respectively. A time ratio (TON/TOFF) between switching elements Q1 and Q2 is set to be 1 to roughly 2 and the resonance frequency on the secondary side is set to be roughly not larger than 2/3 of the resonance frequency of the primary side voltage resonance circuit to carry out ZVS operation. In this case, the choke coil Lo1 and the converter transformer PIT are formed as a decrypting component sharing a core material to be reduced in size of the device. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、各種電子機器の電源として備えられるスイッチング電源回路に関する。   The present invention relates to a switching power supply circuit provided as a power supply for various electronic devices.

近年、商用電源を整流して所望の直流電圧を得る電源回路としては、大部分がスイッチング方式の電源回路とされている。スイッチング電源回路はスイッチング周波数を高くすることによりトランスその他のデバイスを小型にすると共に、大電力のDC−DCコンバータとして各種の電子機器の電源として使用されている。   In recent years, most power supply circuits that rectify a commercial power supply to obtain a desired DC voltage are switching power supply circuits. A switching power supply circuit is used as a power source for various electronic devices as a high-power DC-DC converter while miniaturizing a transformer and other devices by increasing a switching frequency.

DC−DCコンバータの方式としては、種々の方式、例えば、スイッチング素子を1個とする方式、スイッチング素子を2個とするハーフブリッジ方式、スイッチング素子を4個とするフルブリッジ方式等が多用されている。さらには、スイッチング素子を2個とするプッシュプル方式のDC−DCコンバータ(以下、プッシュプルコンバータと省略する)も用いられている(例えば、非特許文献1を参照)。   As a DC-DC converter system, various systems such as a system with one switching element, a half-bridge system with two switching elements, a full-bridge system with four switching elements, etc. are often used. Yes. Furthermore, a push-pull type DC-DC converter (hereinafter abbreviated as a push-pull converter) having two switching elements is also used (for example, see Non-Patent Document 1).

プッシュプルコンバータの回路例としては、図23に示すものがある。図23では、プッシュプルコンバータの電力部のみが記載され、プッシュプルコンバータを構成する、MOS―FETとされるスイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2のゲートを制御する制御回路は記載されていない。図示しない制御回路によって、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2が相補的に(スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2のオン(導通)とオフ(切断)とが制御される。ここで、MOS−FETの一般的な構成として、スイッチング素子Q1はボディダイオードDD1を備え、スイッチング素子Q2はボディダイオードDD2を備えている。   A circuit example of the push-pull converter is shown in FIG. In FIG. 23, only the power part of the push-pull converter is described, and the control circuit that controls the gates of the switching element Q1 and the switching element Q2, which are MOS-FETs, constituting the push-pull converter is not described. The switching element Q1 and the switching element Q2 are complementarily controlled by a control circuit (not shown) (the switching element Q1 and the switching element Q2 are turned on (conducted) and off (disconnected). In other words, the switching element Q1 includes a body diode DD1, and the switching element Q2 includes a body diode DD2.

コンバータトランスPITは、フェライトコアー(磁心)に1次巻線N1、1次巻線N1’、2次巻線N2および2次巻線N2’を巻回することによって形成されており、1次巻線N1および1次巻線N1’と、2次巻線N2および2次巻線N2’との結合係数は、1に近いものとされている。1次巻線N1と1次巻線N1’は同一巻数とされ、1次巻線N1と1次巻線N1’との接続点は、一方の巻線の巻始めと他方の巻線の巻き終わりとが接続されるセンタータップとされている。ここで、インダクタL1は1次巻線N1に生じる漏れインダクタ、インダクタL1’は1次巻線N1’に生じる漏れインダクタ、インダクタL2は2次巻線N2に生じる漏れインダクタ、インダクタL2’は1次巻線N2’に生じる漏れインダクタであり、結合係数が1ではないことによって各々生じるインダクタであり、結合係数が1に近い場合には、インダクタL1、インダクタL1’、インダクタL2の各々は回路の動作に大きな影響を与えることがない微小なものである。   The converter transformer PIT is formed by winding a primary winding N1, a primary winding N1 ′, a secondary winding N2 and a secondary winding N2 ′ around a ferrite core (magnetic core). The coupling coefficient between the line N1 and the primary winding N1 ′, and the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ is close to 1. The primary winding N1 and the primary winding N1 ′ have the same number of turns, and the connection point between the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ is the winding start of one winding and the winding of the other winding. The center tap is connected to the end. Here, the inductor L1 is a leakage inductor generated in the primary winding N1, the inductor L1 ′ is a leakage inductor generated in the primary winding N1 ′, the inductor L2 is a leakage inductor generated in the secondary winding N2, and the inductor L2 ′ is the primary. When the coupling coefficient is close to 1, each of the inductor L1, the inductor L1 ′, and the inductor L2 is an operation of the circuit. It is a minute thing that does not have a big influence on

このセンタータップにはチョークコイルLo1が接続され、チョークコイルLo1を介して直流電圧Eiが供給されており、1次巻線N1および1次巻線N1’と、2次巻線N2および2次巻線N2’との結合係数のアンバランスを原因として、偏磁が生じることを抑圧している。また、1次巻線N1と1次巻線N1’との両端に1次側電圧共振コンデンサC1を接続している。   A choke coil Lo1 is connected to the center tap, and a DC voltage Ei is supplied via the choke coil Lo1, and the primary winding N1 and the primary winding N1 ′, the secondary winding N2 and the secondary winding are supplied. Due to the imbalance of the coupling coefficient with the line N2 ′, the occurrence of bias is suppressed. Further, a primary side voltage resonance capacitor C1 is connected to both ends of the primary winding N1 and the primary winding N1 '.

2次側については、2次巻線N2には高速スイッチングダイオードDo1が接続され、2次巻線N2’には高速スイッチングダイオードDo2が接続され、整流回路の出力側にはチョークコイルLo20および2次側平滑コンデンサCoを配して、チョークインプットの平滑回路を有する両波整流回路を構成して出力直流電圧Eoを得ている。高速スイッチングダイオードDo1および高速スイッチングダイオードDo2の導通角はチョークインプットの平滑回路を有することによって拡大されている。   For the secondary side, the high speed switching diode Do1 is connected to the secondary winding N2, the high speed switching diode Do2 is connected to the secondary winding N2 ′, and the choke coil Lo20 and the secondary are connected to the output side of the rectifier circuit. The output DC voltage Eo is obtained by arranging a side smoothing capacitor Co to constitute a double-wave rectifier circuit having a choke input smoothing circuit. The conduction angle of the high-speed switching diode Do1 and the high-speed switching diode Do2 is expanded by having a smoothing circuit for choke input.

また、図示しない制御回路によって、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2の各々のゲートを制御しているが、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2の各々の時比率(TON/TOFF)を1、すなわち、時間TONの長さ=時間TOFFの長さ=時間TSの長さ/2と、している。ここで、時間TONはスイッチング素子Q1またはスイッチング素子Q2が導通とされている時間、時間TOFFはスイッチング素子Q1またはスイッチング素子Q2が切断とされている時間、時間TSはスイッチング周期の1周期の時間である。このようにして、2次巻線N2と2次巻線N2’との間に発生する電圧V4の波形を正弦波としている。   Further, the gates of the switching elements Q1 and Q2 are controlled by a control circuit (not shown), but the time ratio (TON / TOFF) of each of the switching elements Q1 and Q2 is 1, that is, the time TON. Length = time TOFF length = time TS length / 2. Here, the time TON is the time when the switching element Q1 or the switching element Q2 is turned on, the time TOFF is the time when the switching element Q1 or the switching element Q2 is disconnected, and the time TS is the time of one cycle of the switching period. is there. In this way, the waveform of the voltage V4 generated between the secondary winding N2 and the secondary winding N2 'is a sine wave.

図24は、図23に示す回路の各部の波形をスイッチング周期で示すものである。図24の上から順に電圧V3(図23を参照)、電圧V1(図23を参照)、電流IQ1(図23を参照)、電圧V2(図23を参照)、電流IQ2(図23を参照)および電圧V4(図23を参照)の各々を示すものである。電流IQ1および電流IQ2が示すように、ボディダイオードDD1およびボディダイオードDD2は導通することはなく、電圧V1および電圧V2が示すように、ZVS(Zero Voltage Switching)動作をしている。   FIG. 24 shows the waveform of each part of the circuit shown in FIG. In order from the top of FIG. 24, voltage V3 (see FIG. 23), voltage V1 (see FIG. 23), current IQ1 (see FIG. 23), voltage V2 (see FIG. 23), and current IQ2 (see FIG. 23). And voltage V4 (see FIG. 23). As shown by the current IQ1 and the current IQ2, the body diode DD1 and the body diode DD2 do not conduct, and a ZVS (Zero Voltage Switching) operation is performed as shown by the voltage V1 and the voltage V2.

この動作モードで、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とのスイッチング周波数である周波数fsを高くすると、時間TOFFの間にスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とが導通して、スイッチング損失が増加する。そして、スイッチング損失が所定値を越える場合には、いわゆる、サーマルランナウエイ状態となってスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とが破壊に至る場合も生じる。   In this operation mode, when the frequency fs, which is the switching frequency between the switching element Q1 and the switching element Q2, is increased, the switching element Q1 and the switching element Q2 become conductive during the time TOFF, and the switching loss increases. When the switching loss exceeds a predetermined value, the so-called thermal runaway state may occur and the switching element Q1 and the switching element Q2 may be destroyed.

したがって、出力直流電圧Eoの制御をおこなう場合に、図25に示すように2次側に演算増幅OP、可飽和磁心SR−1および可飽和磁心SR−2、リセットダイオードとして機能するダイオードDr3、ダイオードDr4およびダイオードDr5で構成される磁気増幅器を付加して、この磁気増幅器の作用によって高速スイッチングダイオードDo1および高速スイッチングダイオードDo2の導通角を制御して、周波数fsを固定として出力直流電圧Eoを制御するマグアンプ制御方式が提案されている。   Therefore, when controlling the output DC voltage Eo, as shown in FIG. 25, the operational amplifier OP, the saturable magnetic core SR-1 and the saturable magnetic core SR-2 on the secondary side, the diode Dr3 functioning as a reset diode, the diode A magnetic amplifier composed of Dr4 and a diode Dr5 is added, and the conduction angle of the high-speed switching diode Do1 and the high-speed switching diode Do2 is controlled by the action of this magnetic amplifier, and the output DC voltage Eo is controlled with the frequency fs fixed. A magamp control system has been proposed.

この場合には、可飽和磁心SR−1と可飽和磁心SR−2との両端に表れる電圧は高調波を含んだ波形となってスイッチングノイズも増加する。また、角形ヒステリシス特性を有する可飽和磁心SR−1および可飽和磁心SR−2、ダイオードDr3、ダイオードDr4およびダイオードDr5が付加部品として要求される。   In this case, the voltage appearing at both ends of the saturable magnetic core SR-1 and the saturable magnetic core SR-2 becomes a waveform including harmonics and the switching noise also increases. In addition, saturable magnetic core SR-1 and saturable magnetic core SR-2 having a square hysteresis characteristic, diode Dr3, diode Dr4, and diode Dr5 are required as additional components.

そこで、可飽和磁心SR−2、ダイオードDr3、ダイオードDr4およびダイオードDr5を不要とするために、従来にはない技術として、1次巻線N1および1次巻線N1’と、2次巻線N2および2次巻線N2’との結合係数を疎結合として、インダクタL1、インダクタL1’、インダクタL2の各々の値を大きくして、これを用いて電圧の制御をすることが考えられる。   Therefore, in order to eliminate the need for the saturable magnetic core SR-2, the diode Dr3, the diode Dr4, and the diode Dr5, the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ and the secondary winding N2 are not known in the art. It can be considered that the coupling coefficient with the secondary winding N2 ′ is loosely coupled, and the values of the inductor L1, the inductor L1 ′, and the inductor L2 are increased, and the voltage is controlled using this value.

例えば、図26は、図1に示すプッシュプルコンバータにおいて、インダクタL1、インダクタL1’、インダクタL2の各々の値を大きくして、1次側電圧共振コンデンサC1の値を減少させ、時比率(TON/TOFF)の値を2とする場合の電圧V1、電流IQ1、電圧V2の波形図である。また、時比率の値を2とする場合においては、スイッチング周波数である周波数fs(スイッチング周期である時間TSの逆数)を変化させた場合の出力電圧である出力直流電圧Eoの値は、図27で示すようになる。Po=0で示すグラフは、図示しない負荷に供給される電力が0W(ワット)の場合のグラフ、Pomaxで示すグラフは負荷に供給される電力が最大の場合のグラフである。   For example, FIG. 26 shows an example of the push-pull converter shown in FIG. 1 in which the values of the inductor L1, the inductor L1 ′, and the inductor L2 are increased to decrease the value of the primary side voltage resonant capacitor C1, and the time ratio (TON FIG. 6 is a waveform diagram of voltage V1, current IQ1, and voltage V2 when the value of / TOFF is 2. When the value of the time ratio is 2, the value of the output DC voltage Eo that is the output voltage when the frequency fs that is the switching frequency (the reciprocal of the time TS that is the switching period) is changed is shown in FIG. As shown in The graph indicated by Po = 0 is a graph when the power supplied to a load (not shown) is 0 W (watts), and the graph indicated by Pomax is a graph when the power supplied to the load is maximum.

また、図27から分かるように、周波数fo1で出力直流電圧Eoの値は最低となり、周波数fo1から周波数fsの値が高くなる場合、周波数fo1から周波数fsの値が低くなる場合のいずれの場合も出力直流電圧Eoの値は大きくなる。すなわち、このグラフは、チョークコイルLo1とインダクタL1および1次側電圧共振コンデンサC1およびチョークコイルLo1とインダクタL1’および1次側電圧共振コンデンサC1とで形成される1次側並列共振曲線を示すものである。図27から周波数fsを制御することによって出力直流電圧Eoを制御することができることを本願記載の発明者は見出している。この技術は公知技術でも公用技術でもない。   As can be seen from FIG. 27, the value of the output DC voltage Eo is the lowest at the frequency fo1, the case where the value from the frequency fo1 to the frequency fs is high, and the case where the value from the frequency fo1 to the frequency fs is low. The value of the output DC voltage Eo increases. That is, this graph shows a primary side parallel resonance curve formed by the choke coil Lo1, the inductor L1, the primary side voltage resonance capacitor C1, the choke coil Lo1, the inductor L1 ′, and the primary side voltage resonance capacitor C1. It is. From FIG. 27, the inventors of the present application have found that the output DC voltage Eo can be controlled by controlling the frequency fs. This technique is neither a known technique nor a public technique.

負荷に供給される電力が0Wの場合から、負荷に供給される電力が最大の場合までにおいて出力直流電圧Eoの値を一定値とするための周波数の可変範囲は可変周波数範囲Δfsで与えられ、このスイッチング周波数の可変範囲は、例えば100kHz以上となり大きなものである。このために、ZVS動作が可能な範囲の最大の負荷電力は100W以下に限定されるものとなる。   The variable frequency range for setting the value of the output DC voltage Eo to a constant value from when the power supplied to the load is 0 W to when the power supplied to the load is maximum is given by the variable frequency range Δfs. The variable range of the switching frequency is, for example, 100 kHz or more and is large. For this reason, the maximum load power within the range in which the ZVS operation is possible is limited to 100 W or less.

また、近年は、このようなDC―DCコンバータをオーディオ装置等の低レベル信号系を有する機器に採用する動きも活発になってきており、オーディオ装置に採用するに際しては、ZVS動作またはZCS(Zero Current Switching)動作をすることが好適である旨が述べられている(例えば、非特許文献2を参照)。   In recent years, there has been an active movement to use such a DC-DC converter in a device having a low-level signal system such as an audio device. When the DC-DC converter is used in an audio device, ZVS operation or ZCS (Zero) It is stated that it is preferable to perform a current switching operation (see, for example, Non-Patent Document 2).

しかしながら、負荷電力が200W以上において、商用交流電源で動作する電圧共振によるプッシュプルコンバータによるソフトスイッチング電源の実用化例は非常に少なく、また、学会論文も少なくこの分野における公知の技術は少ない。
二宮保、他「磁気制御方式を用いた電圧共振型プッシュプルコンバータの動作特性について」電子情報通信学会論文誌 B Vol.J70―B No.11 pp1307−1315、1987年11月 中川伸、他「オーディオ用に適した所得性を備えるスイッチング電源装置」電子情報通信学会 信学技報 EE2006−9 2006年5月
However, when the load power is 200 W or more, there are very few examples of practical use of a soft switching power supply by a push-pull converter based on voltage resonance that operates with a commercial AC power supply, and there are few academic papers and there are few known techniques in this field.
Ninomiya, et al. “Operational Characteristics of Voltage Resonant Push-Pull Converters Using Magnetic Control System” Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers B Vol. J70-B No. 11 pp 1307-1315, November 1987 Shin Nakagawa, et al. “Switching power supply with income characteristics suitable for audio” IEICE Technical Report EE2006-9 May 2006

上述したプッシュプルコンバータでは、広範囲な負荷電力の変動に対して定電圧制御をおこなう手段の構成が複雑であり、構成部品の数が大きく増加する。また、オーディオ装置に用いるためにはノイズ低減のために2次側の電圧波形を正弦波とすることが望ましいが、2次側の電圧波形を正弦波とするためには、1次側のスイッチング素子の時比率(TON/TOFF)を1とする必要がある。そして、スイッチング素子の時比率(TON/TOFF)を1に維持しつつ、広範囲な負荷変動に対して2次側から負荷に供給する電圧を一定値とするために、磁気増幅器を設ける場合には2次側の高周波電圧の波形が正弦波ではなくなりノイズが増加してしまうという問題があった。   In the above-described push-pull converter, the configuration of means for performing constant voltage control with respect to a wide range of load power fluctuations is complicated, and the number of components greatly increases. In order to reduce noise, it is desirable to use a secondary voltage waveform as a sine wave for use in an audio device. However, in order to use a secondary voltage waveform as a sine wave, the switching on the primary side is preferable. It is necessary to set the time ratio (TON / TOFF) of the element to 1. When a magnetic amplifier is provided in order to keep the voltage supplied from the secondary side to the load constant over a wide range of load fluctuations while keeping the duty ratio (TON / TOFF) of the switching element at 1. There is a problem that the waveform of the high frequency voltage on the secondary side is not a sine wave and noise increases.

また、1次側のスイッチング素子の時比率(TON/TOFF)を1とすることなく、例えば、時比率を2としてスイッチングの周波数を制御して、2次側から負荷に供給する電圧を一定とする場合には、軽負荷時に時間TOFFの長さが増加してZVS動作をさせることが困難となる。このような場合には、負荷最大の値が例えば100W以下に限定され、スイッチング周波数の可変範囲は、例えば、上述したように100kHz以上となる。   Further, without setting the time ratio (TON / TOFF) of the switching element on the primary side to 1, for example, the switching frequency is controlled by setting the time ratio to 2, and the voltage supplied from the secondary side to the load is kept constant. In this case, the time TOFF is increased at the time of light load, and it becomes difficult to perform the ZVS operation. In such a case, the maximum load value is limited to, for example, 100 W or less, and the variable range of the switching frequency is, for example, 100 kHz or more as described above.

また、上述した背景技術に示すプッシュプルコンバータでは、チョークインプット方式が採用されるために2次側にチョークコイルが必要とされ、電源装置の大型化、電源装置のコストが高くなるという問題を有している。   In addition, the push-pull converter shown in the background art described above has a problem that a choke coil is required on the secondary side because the choke input method is adopted, which increases the size of the power supply device and increases the cost of the power supply device. is doing.

本発明は、上述した課題を解決して、部品点数が多いマグアンプ制御方式を採用することなく安定な出力直流電圧を得るとともに、ノイズの発生が少なく、装置の小型化を図ったスイッチング電源回路を提供することを目的とする。   The present invention provides a switching power supply circuit that solves the above-described problems and obtains a stable output DC voltage without adopting a mag-amplifier control method with a large number of parts, generates less noise, and reduces the size of the device. The purpose is to provide.

本発明のスイッチング電源回路は、1次側直流電力を交流電力に変換し、さらに2次側直流電力に変換するスイッチング電源回路であって、前記1次側直流電力が一方の端子に供給されるチョークコイルと、前記チョークコイルの他方の端子に接続されるセンタータップによって第1の1次巻線と第2の1次巻線とが分離されて形成される1次巻線と、前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々と磁気的に疎結合とされる2次巻線と、を有するコンバータトランスと、前記第1の1次巻線の端部に接続される第1のスイッチング素子および前記第2の1次巻線の端部に接続される第2のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子をオン・オフ駆動する発振・ドライブ回路と、前記チョークコイルと前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々に生じるインダクタとともに1次側電圧共振回路を形成する1次側電圧共振コンデンサと、前記2次巻線に生じるインダクタとともに2次側電圧共振回路を形成するように前記2次巻線に並列接続される、2次側電圧共振コンデンサと、
前記2次側共振回路に入力側が接続される2次側整流素子と、前記2次側整流素子の出力側に接続されて平滑された出力直流電圧を得るようにされる2次側平滑コンデンサと、前記出力直流電圧の値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を前記発振・ドライブ回路に供給する制御回路と、を備え、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子のオンとオフとの比率である時比率が各々1以上に設定され、前記コンバータトランスは、第1のギャップを有して第1の磁路を形成する第1のコア材を具備し、前記第1の1次巻線と前記第2の1次巻線と前記2次巻線との各々は前記第1の磁路を通過する磁束が鎖交するように巻回され、前記チョークコイルは、前記第1のコア材を磁路の構成部の一部として含み、前記第1の磁路を通過する磁束が通過することがないように第2のギャップを有する第2の磁路を形成する第2のコア材を具備して、チョークコイル巻線は前記第2の磁路を通過する磁束が鎖交するように巻回され、前記コンバータトランスと前記チョークコイルとは、複合部品として一体形成される。
The switching power supply circuit of the present invention is a switching power supply circuit that converts primary side DC power into AC power and further converts it into secondary side DC power, and the primary side DC power is supplied to one terminal. A primary winding formed by separating a first primary winding and a second primary winding by a choke coil and a center tap connected to the other terminal of the choke coil; And a converter transformer having a secondary winding magnetically loosely coupled to each of the primary winding and the second primary winding, and connected to an end of the first primary winding First switching element to be operated and a second switching element connected to an end of the second primary winding, and oscillation for driving on and off the first switching element and the second switching element .Drive circuit and the cho A primary-side voltage resonant capacitor that forms a primary-side voltage resonant circuit together with an inductor generated in each of the coil, the first primary winding, and the second primary winding; and an inductor generated in the secondary winding And a secondary side voltage resonance capacitor connected in parallel to the secondary winding so as to form a secondary side voltage resonance circuit,
A secondary side rectifying element whose input side is connected to the secondary side resonance circuit, and a secondary side smoothing capacitor connected to the output side of the secondary side rectifying element to obtain a smoothed output DC voltage; And a control circuit for supplying a control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage is a predetermined value to the oscillation / drive circuit, the first switching element and the second The time ratio, which is the ratio between the on and off states of the switching elements, is set to 1 or more, and the converter transformer includes a first core material having a first gap and forming a first magnetic path. Each of the first primary winding, the second primary winding, and the secondary winding is wound so that a magnetic flux passing through the first magnetic path is linked, and the choke The coil includes the first core material as a part of a magnetic path component. The choke coil winding includes a second core material that forms a second magnetic path having a second gap so that a magnetic flux passing through the first magnetic path does not pass. The magnetic flux passing through the second magnetic path is wound so as to interlink, and the converter transformer and the choke coil are integrally formed as a composite part.

このスイッチング電源回路では、チョークコイルを介して1次側直流電力がコンバータトランスの1次巻線のセンタータップに供給される。コンバータとランスは、1次巻線と2次巻線とを磁気的に疎結合として形成されており、これによって、1次巻線と2次巻線の各々に漏れインダクタンスを生じる。第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子の各々が1次巻線の各々の端部に接続されこれによって交流電力が1次巻線に供給される。発振・ドライブ回路は第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子の各々を制御回路からの信号に基づきオン・オフとする。1次側電圧共振コンデンサと1次チョークコイルと第1の1次巻線および第2の1次巻線に生じるインダクタとで1次側電圧共振回路を形成する。また、2次巻線に生じるインダクタと、この2次巻線に並列の接続される2次側電圧共振コンデンサとによって2次側電圧共振回路を形成する。2次側共振回路に2次側整流素子の入力側が接続される、2次側平滑コンデンサが2次側整流素子の出力側に接続されて平滑された出力直流電圧を得るようにされる。制御回路は出力直流電圧の値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を発振・ドライブ回路に供給する。第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子のオンとオフとの比率である時比率を各々1以上に設定してZVS動作を得る。そして、コンバータトランスは、第1のギャップを有して第1の磁路を形成する第1のコア材を具備し、第1の1次巻線と第2の1次巻線と2次巻線との各々は第1の磁路を通過する磁束が鎖交するように巻回され、チョークコイルは、第1のコア材を磁路の構成部の一部として含み、第1の磁路を通過する磁束が通過することがないように第2のギャップを有する第2の磁路を形成する第2のコア材を具備して、チョークコイル巻線は前記第2の磁路を通過する磁束が鎖交するように巻回され、前記コンバータトランスと前記チョークコイルとは、磁気的には相互に影響をされることがない複合部品として一体形成されて、装置が小型化できる。   In this switching power supply circuit, the primary side DC power is supplied to the center tap of the primary winding of the converter transformer via the choke coil. The converter and the lance are formed by loosely coupling the primary winding and the secondary winding, thereby generating a leakage inductance in each of the primary winding and the secondary winding. Each of the first switching element and the second switching element is connected to each end of the primary winding, whereby AC power is supplied to the primary winding. The oscillation / drive circuit turns on / off each of the first switching element and the second switching element based on a signal from the control circuit. The primary side voltage resonance capacitor, the primary choke coil, and the inductor generated in the first primary winding and the second primary winding form a primary side voltage resonance circuit. Further, a secondary side voltage resonance circuit is formed by an inductor generated in the secondary winding and a secondary side voltage resonance capacitor connected in parallel to the secondary winding. The secondary side rectifying element is connected to the input side of the secondary side rectifying element in the secondary side resonance circuit, and the secondary side smoothing capacitor is connected to the output side of the secondary side rectifying element so as to obtain a smoothed output DC voltage. The control circuit supplies a control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage is a predetermined value to the oscillation / drive circuit. The ZVS operation is obtained by setting the time ratio, which is the ratio of ON and OFF of the first switching element and the second switching element, to 1 or more, respectively. The converter transformer includes a first core material that has a first gap and forms a first magnetic path, and includes a first primary winding, a second primary winding, and a secondary winding. Each of the wires is wound so that the magnetic flux passing through the first magnetic path is linked, and the choke coil includes the first core material as a part of the component of the magnetic path, and the first magnetic path A choke coil winding passes through the second magnetic path, the second core material forming a second magnetic path having a second gap so that the magnetic flux passing through the second magnetic path does not pass. The converter transformer and the choke coil are integrally formed as a composite part that is not affected magnetically by winding the magnetic flux so as to interlink, and the apparatus can be miniaturized.

本発明の別のスイッチング電源回路は、1次側直流電力を交流電力に変換し、さらに2次側直流電力に変換するスイッチング電源回路であって、前記1次側直流電力が一方の端子に供給されるチョークコイルと、前記チョークコイルの他方の端子に接続されるセンタータップによって前記1次側直流電力が供給されるセンタータップによって第1の1次巻線と前記第1の1次巻線に疎結合とされる第2の1次巻線とが分離されて形成される1次巻線と、前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々と磁気的に疎結合とされる2次巻線と、を有するコンバータトランスと、前記第1の1次巻線の端部に接続される第1のスイッチング素子および前記第2の1次巻線の端部に接続される第2のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子をオン・オフ駆動する発振・ドライブ回路と、前記チョークコイルと前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々に生じるインダクタとともに1次側電圧共振回路を形成する1次側電圧共振コンデンサと、前記2次巻線に生じるインダクタとともに2次側電圧共振回路を形成するように前記2次巻線に並列接続される、2次側電圧共振コンデンサと、前記2次側共振回路に入力側が接続される2次側整流素子と、前記2次側整流素子の出力側に接続されて平滑された出力直流電圧を得るようにされる2次側平滑コンデンサと、前記出力直流電圧の値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を前記発振・ドライブ回路に供給する制御回路と、を備え、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子のオンとオフとの比率である時比率が各々1以上に設定される。
Another switching power supply circuit of the present invention is a switching power supply circuit that converts primary side DC power into AC power and further converts it into secondary side DC power, and the primary side DC power is supplied to one terminal. The first primary winding and the first primary winding by the center tap to which the primary DC power is supplied by the choke coil that is connected to the other terminal of the choke coil. A primary winding formed by separating a second primary winding that is loosely coupled, and each of the first primary winding and the second primary winding are magnetically loose. A converter transformer having a secondary winding to be coupled; a first switching element connected to an end of the first primary winding; and an end of the second primary winding A second switching element to be operated;
Oscillation / drive circuit for driving on / off of the first switching element and the second switching element, and the choke coil, the first primary winding, and the second primary winding, respectively. A primary side voltage resonance capacitor that forms a primary side voltage resonance circuit together with an inductor, and a parallel connection to the secondary winding so as to form a secondary side voltage resonance circuit together with the inductor generated in the secondary winding; A secondary side voltage resonance capacitor, a secondary side rectifying element whose input side is connected to the secondary side resonance circuit, and a smoothed output DC voltage connected to the output side of the secondary side rectifying element A secondary side smoothing capacitor, and a control circuit for supplying a control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage is a predetermined value to the oscillation / drive circuit, Duty ratio 1 is the ratio of the on and off switching element and the second switching elements are respectively set to one or more.

このスイッチング電源回路では、チョークコイルを介して1次側直流電力が第1の1次巻線と第1の1次巻線に疎結合とされる第2の1次巻線とが分離されて形成されるコンバータトランスの1次巻線のセンタータップに供給される。これによって、第1の1次巻線と第2の1次巻線との各々に漏れインダクタンスを生じる。また、コンバータトランスの1次巻線と2次巻線とは磁気的に疎結合として形成されており、これによって、さらに、1次巻線と2次巻線の各々に漏れインダクタンスを生じる。第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子の各々が1次巻線の各々の端部に接続されこれによって交流電力が1次巻線に供給される。発振・ドライブ回路は第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子の各々を制御回路からの信号に基づきオン・オフとする。1次側電圧共振コンデンサと1次チョークコイルと第1の1次巻線および第2の1次巻線に生じるインダクタとで1次側電圧共振回路を形成する。また、2次巻線に生じるインダクタと、この2次巻線に並列の接続される2次側電圧共振コンデンサとによって2次側電圧共振回路を形成する。2次側共振回路に2次側整流素子の入力側が接続される、2次側平滑コンデンサが2次側整流素子の出力側に接続されて平滑された出力直流電圧を得るようにされる。制御回路は出力直流電圧の値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を発振・ドライブ回路に供給する。第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子のオンとオフとの比率である時比率を各々1以上に設定してZVS動作を得る。   In this switching power supply circuit, the primary primary DC power is separated from the first primary winding and the second primary winding, which is loosely coupled to the first primary winding, via the choke coil. It is supplied to the center tap of the primary winding of the converter transformer to be formed. As a result, leakage inductance is generated in each of the first primary winding and the second primary winding. In addition, the primary winding and the secondary winding of the converter transformer are formed as magnetically loose coupling, which further causes a leakage inductance in each of the primary winding and the secondary winding. Each of the first switching element and the second switching element is connected to each end of the primary winding, whereby AC power is supplied to the primary winding. The oscillation / drive circuit turns on / off each of the first switching element and the second switching element based on a signal from the control circuit. The primary side voltage resonance capacitor, the primary choke coil, and the inductor generated in the first primary winding and the second primary winding form a primary side voltage resonance circuit. Further, a secondary side voltage resonance circuit is formed by an inductor generated in the secondary winding and a secondary side voltage resonance capacitor connected in parallel to the secondary winding. The secondary side rectifying element is connected to the input side of the secondary side rectifying element in the secondary side resonance circuit, and the secondary side smoothing capacitor is connected to the output side of the secondary side rectifying element so as to obtain a smoothed output DC voltage. The control circuit supplies a control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage is a predetermined value to the oscillation / drive circuit. The ZVS operation is obtained by setting the time ratio, which is the ratio of ON and OFF of the first switching element and the second switching element, to 1 or more, respectively.

本発明のさらに別のスイッチング電源回路は、1次側直流電力を交流電力に変換し、さらに2次側直流電力に変換するスイッチング電源回路であって、前記1次側直流電力が供給されるセンタータップによって第1の1次巻線と前記第1の1次巻線に疎結合とされる第2の1次巻線とが分離されて形成される1次巻線と、前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々と磁気的に疎結合とされる2次巻線と、を有するコンバータトランスと、前記第1の1次巻線の端部に接続される第1のスイッチング素子および前記第2の1次巻線の端部に接続される第2のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子をオン・オフ駆動する発振・ドライブ回路と、前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々に生じるインダクタとともに1次側電圧共振回路を形成する1次側電圧共振コンデンサと、前記2次巻線に生じるインダクタとともに2次側電圧共振回路を形成するように前記2次巻線に並列接続される、2次側電圧共振コンデンサと、前記2次側共振回路に入力側が接続される2次側整流素子と、前記2次側整流素子の出力側に接続されて平滑された出力直流電圧を得るようにされる2次側平滑コンデンサと、前記出力直流電圧の値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を前記発振・ドライブ回路に供給する制御回路と、を備え、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子のオンとオフとの比率である時比率が各々1以上に設定される。   Still another switching power supply circuit according to the present invention is a switching power supply circuit that converts primary side DC power into AC power and further converts it into secondary side DC power, and is a center to which the primary side DC power is supplied. A primary winding formed by separating a first primary winding and a second primary winding loosely coupled to the first primary winding by a tap; and the first 1 A converter transformer having a secondary winding and a secondary winding that is magnetically loosely coupled to each of the second winding and the second primary winding, and is connected to an end of the first primary winding A first switching element and a second switching element connected to an end of the second primary winding, and an oscillation drive that drives the first switching element and the second switching element on and off A circuit, the first primary winding and the second primary A primary-side voltage resonant capacitor that forms a primary-side voltage resonant circuit with an inductor that occurs in each of the lines; and a secondary-side voltage resonant circuit that forms a secondary-side voltage resonant circuit with an inductor that occurs in the secondary winding. A secondary-side voltage resonant capacitor connected in parallel, a secondary-side rectifying element whose input side is connected to the secondary-side resonant circuit, and an output direct current connected to the output side of the secondary-side rectifying element and smoothed A secondary smoothing capacitor configured to obtain a voltage, and a control circuit configured to supply a control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage is set to a predetermined value to the oscillation / drive circuit. And the time ratio, which is the ratio of ON to OFF of the first switching element and the second switching element, is set to 1 or more.

このスイッチング電源回路では、1次側直流電力が第1の1次巻線と第1の1次巻線に疎結合とされる第2の1次巻線とが分離されて形成されるコンバータトランスの1次巻線のセンタータップに供給される。これによって、第1の1次巻線と第2の1次巻線との各々に漏れインダクタンスを生じて、1次側直流電力がインダクタを介してセンタータップに供給されたのと等価となる。また、コンバータトランスの1次巻線と2次巻線とは磁気的に疎結合として形成されており、これによって、さらに、1次巻線と2次巻線の各々に漏れインダクタンスを生じる。第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子の各々が1次巻線の各々の端部に接続されこれによって交流電力が1次巻線に供給される。発振・ドライブ回路は第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子の各々を制御回路からの信号に基づきオン・オフとする。1次側電圧共振コンデンサと1次チョークコイルと第1の1次巻線および第2の1次巻線に生じるインダクタとで1次側電圧共振回路を形成する。また、2次巻線に生じるインダクタと、この2次巻線に並列の接続される2次側電圧共振コンデンサとによって2次側電圧共振回路を形成する。2次側共振回路に2次側整流素子の入力側が接続される、2次側平滑コンデンサが2次側整流素子の出力側に接続されて平滑された出力直流電圧を得るようにされる。制御回路は出力直流電圧の値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を発振・ドライブ回路に供給する。第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子のオンとオフとの比率である時比率を各々1以上に設定してZVS動作を得る。   In this switching power supply circuit, a converter transformer formed by separating a primary DC power from a first primary winding and a second primary winding that is loosely coupled to the first primary winding. To the center tap of the primary winding. As a result, leakage inductance is generated in each of the first primary winding and the second primary winding, which is equivalent to the case where the primary DC power is supplied to the center tap via the inductor. In addition, the primary winding and the secondary winding of the converter transformer are formed as magnetically loose coupling, which further causes a leakage inductance in each of the primary winding and the secondary winding. Each of the first switching element and the second switching element is connected to each end of the primary winding, whereby AC power is supplied to the primary winding. The oscillation / drive circuit turns on / off each of the first switching element and the second switching element based on a signal from the control circuit. The primary side voltage resonance capacitor, the primary choke coil, and the inductor generated in the first primary winding and the second primary winding form a primary side voltage resonance circuit. Further, a secondary side voltage resonance circuit is formed by an inductor generated in the secondary winding and a secondary side voltage resonance capacitor connected in parallel to the secondary winding. The secondary side rectifying element is connected to the input side of the secondary side rectifying element in the secondary side resonance circuit, and the secondary side smoothing capacitor is connected to the output side of the secondary side rectifying element so as to obtain a smoothed output DC voltage. The control circuit supplies a control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage is a predetermined value to the oscillation / drive circuit. The ZVS operation is obtained by setting the time ratio, which is the ratio of ON and OFF of the first switching element and the second switching element, to 1 or more, respectively.

本発明によれば、部品点数が多いマグアンプ制御方式を採用することなく安定な出力直流電圧を得るとともに、ノイズの発生が少なく、装置の小型化を図ったスイッチング電源回路を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a switching power supply circuit that can obtain a stable output DC voltage without adopting a mag-amplifier control method with a large number of parts, and that can reduce noise and reduce the size of the device.

本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態という)について説明する。実施形態のスイッチング電源回路は、スイッチング方式としてはプッシュプル方式である。すなわち、コンバータトランスの1次巻線はセンタータップを備え、センタータップによって第1の1次巻線と第2の1次巻線とが分離されて1次巻線が形成される。そして、このセンタータップに接続されるチョークコイルを介して直流電力が供給される。1次巻線の各々の端部にはスイッチング素子が接続されている。そして、コンバータトランスの1次巻線と2次巻線とは疎結合とされることによって漏れインダクタを生じて1次側と2次側とに各々共振回路を有することとなる。この共振回路の作用によってZVS動作をしながら、2次側に一定の出力直流電圧を生じる。ここで、1次側の共振回路は電圧共振回路とされ、時比率(TON/TOFF)は1以上とされる。主として1次側の共振回路は1次巻線のセンタータップに接続されるチョークコイル、1次巻線に生じるインダクタおよび1次電圧共振コンデンサによって形成される。また、2次側共振回路は、主として2次巻線に生じるインダクタと2次側共振コンデンサによって形成される。2次側の共振回路を電圧共振回路として、2次側の共振周波数を1次側電圧共振回路の共振周波数の略2/3以下に設定する場合に広範な負荷電力範囲でZVS動作が得られる。そして、安定な出力直流電圧を得るとともに、ノイズの発生を少なくできる。   The best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described. The switching power supply circuit of the embodiment is a push-pull method as a switching method. That is, the primary winding of the converter transformer includes a center tap, and the primary winding is formed by separating the first primary winding and the second primary winding by the center tap. Then, DC power is supplied through a choke coil connected to the center tap. A switching element is connected to each end of the primary winding. Then, the primary winding and the secondary winding of the converter transformer are loosely coupled to generate a leakage inductor, and have a resonance circuit on each of the primary side and the secondary side. A constant output DC voltage is generated on the secondary side while the ZVS operation is performed by the action of the resonance circuit. Here, the primary side resonance circuit is a voltage resonance circuit, and the time ratio (TON / TOFF) is 1 or more. The primary-side resonance circuit is mainly formed by a choke coil connected to the center tap of the primary winding, an inductor generated in the primary winding, and a primary voltage resonance capacitor. The secondary resonance circuit is mainly formed by an inductor generated in the secondary winding and a secondary resonance capacitor. When the secondary side resonance circuit is a voltage resonance circuit and the secondary side resonance frequency is set to about 2/3 or less of the resonance frequency of the primary side voltage resonance circuit, ZVS operation can be obtained in a wide load power range. . In addition, a stable output DC voltage can be obtained, and noise generation can be reduced.

ここで、コンバータトランスとチョークコイルとは、両者を複合して一体の複合部品として、スイッチング電源回路の小型化を図るようにしても良く、また、第1の1次巻線と第2の1次巻線とを疎結合として、これによって、第1の1次巻線および第2の1次巻線の各々に生じる漏れインダクタのインダクタンス値をより大きなものとして、チョークコイルをより小型化して、装置の小型化を図り、また、第1の1次巻線と第2の1次巻線とを、さらに、疎結合として、これによって、第1の1次巻線および第2の1次巻線の各々に生じる漏れインダクタのインダクタンス値を、さらに、より大きなものとして、チョークコイルを省き装置の小型化を図ることができる。   Here, the converter transformer and the choke coil may be combined as an integrated composite part to reduce the size of the switching power supply circuit, and the first primary winding and the second 1 By making the secondary winding loosely coupled, thereby making the inductance value of the leakage inductor generated in each of the first primary winding and the second primary winding larger, the choke coil can be further downsized, The apparatus is reduced in size, and the first primary winding and the second primary winding are further loosely coupled, whereby the first primary winding and the second primary winding. By further increasing the inductance value of the leakage inductor generated in each of the wires, the choke coil can be omitted and the apparatus can be downsized.

第1実施形態のスイッチング電源回路について、図1ないし図9を参照して説明する。   The switching power supply circuit according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

第1実施形態のスイッチング電源回路は、1次側直流電力が一方の端子に供給されるチョークコイル巻線Noを有するチョークコイルLo1と、チョークコイルLo1の他方の端子に接続されるセンタータップによって1次巻線N1と1次巻線N1’とが分離して形成される1次巻線と、1次巻線N1および1次巻線N1’の各々と磁気的に疎結合、例えば結合係数が0.8以下とされる2次巻線N2と、を有するコンバータトランスPITと、1次巻線N1の端部に接続されるスイッチング素子Q1および1次巻線N1’の端部に接続されるスイッチング素子Q2と、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2をオン・オフ駆動する発振・ドライブ回路2と、チョークコイルLo1および1次巻線N1に生じるインダクタとともに第1の1次側電圧共振回路を形成するようにスイッチング素子Q1に並列接続される1次側電圧共振コンデンサC1およびチョークコイルLo1および1次巻線N1’に生じるインダクタとともに第2の1次側電圧共振回路を形成するようにスイッチング素子Q2に並列接続される1次側電圧共振コンデンサC2と、2次巻線N2に生じるインダクタともに2次側共振回路を形成するように2次巻線N2(または、2次巻線N2および2次巻線N2’)に並列接続される2次側電圧共振コンデンサC3と、この2次側共振回路に入力側が接続される2次側整流素子Do(または、高速スイッチングダイオードDo1ないし高速スイッチングダイオードDo4)と、2次側整流素子Do等の出力側に接続されて平滑された出力直流電圧Eoを得るようにされる2次側平滑コンデンサCo(または2次側平滑コンデンサCo1および2次側平滑コンデンサCo2)と、出力直流電圧Eoの値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を前記発振・ドライブ回路2に供給する制御回路1と、を備え、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2のオンとオフとの比率である時比率が各々1以上に設定されるものである。   The switching power supply circuit according to the first embodiment includes a choke coil Lo1 having a choke coil winding No to which primary side DC power is supplied to one terminal, and a center tap connected to the other terminal of the choke coil Lo1. A primary winding formed by separating the primary winding N1 and the primary winding N1 ′, and each of the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ are magnetically loosely coupled, for example, a coupling coefficient is A converter transformer PIT having a secondary winding N2 of 0.8 or less, and a switching element Q1 connected to the end of the primary winding N1 and an end of the primary winding N1 ′ Along with the switching element Q2, the oscillation / drive circuit 2 for driving the switching element Q1 and the switching element Q2 on and off, and the inductor generated in the choke coil Lo1 and the primary winding N1 The second primary side voltage together with the primary voltage resonant capacitor C1, the choke coil Lo1, and the inductor generated in the primary winding N1 ′ connected in parallel to the switching element Q1 so as to form one primary side voltage resonant circuit. The secondary winding N2 (or the secondary winding N2 (or so as to form a secondary resonance circuit together with the primary voltage resonance capacitor C2 connected in parallel to the switching element Q2 so as to form a resonance circuit and the inductor generated in the secondary winding N2). A secondary side voltage resonance capacitor C3 connected in parallel to the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′) and a secondary side rectifier Do (or a high speed) whose input side is connected to the secondary side resonance circuit. Switching diodes Do1 to high-speed switching diodes Do4) and a smoothed output DC voltage Eo connected to the output side of the secondary side rectifying element Do, etc. Control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage Eo is a predetermined value, and the secondary side smoothing capacitor Co (or the secondary side smoothing capacitor Co1 and the secondary side smoothing capacitor Co2). And a control circuit 1 for supplying the oscillation / drive circuit 2 to the oscillation / drive circuit 2, each of which is set to have a time ratio of 1 or more, which is a ratio of ON and OFF of the switching element Q1 and the switching element Q2.

ここで、本実施形態では、1次側電圧共振コンデンサC1は第1の1次側電圧共振コンデンサの一実施形態であり、1次側電圧共振コンデンサC2は第2の1次側電圧共振コンデンサの一実施形態である。この両方によって1次側電圧共振コンデンサが形成され、1次側電圧共振コンデンサの一実施形態とされている。また、別の1次側電圧共振コンデンサの実施形態としては、1次側電圧共振コンデンサC1および1次側電圧共振コンデンサC2に替えて、1次巻線N1と1次巻線N1’の両端に1次側電圧共振コンデンサC1のみを設けるようにしても良いものである。   Here, in the present embodiment, the primary side voltage resonant capacitor C1 is an embodiment of the first primary side voltage resonant capacitor, and the primary side voltage resonant capacitor C2 is the second primary side voltage resonant capacitor. It is one embodiment. Both forms a primary-side voltage resonant capacitor, which is an embodiment of the primary-side voltage resonant capacitor. Further, as another embodiment of the primary side voltage resonance capacitor, the primary side voltage resonance capacitor C1 and the primary side voltage resonance capacitor C2 are replaced with both ends of the primary winding N1 and the primary winding N1 ′. Only the primary side voltage resonance capacitor C1 may be provided.

また、コンバータトランスPITとインダクタLo1とは、両者を複合して一体の部品であるコンバータトランス・インダクタPIT・PCCとして構成されている。すなわち、コンバータトランスPITは、第1のギャップであるギャップG1(図2を参照)を有して第1の磁路を形成する第1のコア材であるE型コアCR1およびE型コアCR2を具備し、第1の1次巻線N1と第2の1次巻線N1’と2次巻線N2との各々は第1の磁路(図2に示すE型コアCR1の中央磁脚とE型コアCR2の中央磁脚とギャップG2とで形成される磁路)を通過する磁束が鎖交するように巻回されている。チョークコイルLo1は、第1のコア材を磁路の構成部の一部として含み、第1の磁路を通過する磁束が通過することがないように第2のギャップであるギャップG2を有する第2の磁路を形成する第2のコア材であるE型コアCR3を具備して、チョークコイル巻線Noによって発生される磁束が第2の磁路を通過するように巻回されている。   Further, the converter transformer PIT and the inductor Lo1 are configured as a converter transformer / inductor PIT / PCC which is an integral part by combining both. That is, the converter transformer PIT includes an E-type core CR1 and an E-type core CR2 that are first core materials having a gap G1 (see FIG. 2) as a first gap and forming a first magnetic path. Each of the first primary winding N1, the second primary winding N1 ′, and the secondary winding N2 has a first magnetic path (the center magnetic leg of the E-type core CR1 shown in FIG. 2). The magnetic flux passing through the central magnetic leg of the E-type core CR2 and the gap G2) is wound so as to be linked. The choke coil Lo1 includes a first core material as a part of a magnetic path component, and has a second gap G2 so that a magnetic flux passing through the first magnetic path does not pass. An E-type core CR3 which is a second core material forming the second magnetic path is provided, and the magnetic flux generated by the choke coil winding No is wound so as to pass through the second magnetic path.

図1に示すスイッチング電源回路の交流電源AC側から2次側に至るまでを順に説明する。   The sequence from the AC power supply AC side to the secondary side of the switching power supply circuit shown in FIG.

スイッチング電源回路は、アクロスラインコンデンサCL1、コモンモードチョークコイルCMC、アクロスラインコンデンサCL2を有するコモンモードフィルタを有している。このコモンモードフィルタの入力側であるアクロスラインコンデンサCL1には、例えば、図示しないプラグが電源スイッチおよびヒューズを介して接続され、交流電源ACと接続されたコンセントにこのプラグを挿入することによって交流電力がスイッチング電源回路に供給されるようになされている。ここで、交流電源ACの電圧である入力交流電圧VACの値は85Vから144V(実効値)の範囲とされている。   The switching power supply circuit has a common mode filter having an across line capacitor CL1, a common mode choke coil CMC, and an across line capacitor CL2. For example, a plug (not shown) is connected to the across-line capacitor CL1 on the input side of the common mode filter via a power switch and a fuse, and the AC power is obtained by inserting the plug into an outlet connected to the AC power supply AC. Is supplied to the switching power supply circuit. Here, the value of the input AC voltage VAC, which is the voltage of the AC power supply AC, is in the range of 85V to 144V (effective value).

コモンモードフィルタの出力側(アクロスラインコンデンサCL2の側)は1次側整流素子Diの入力側であるダイオードDi1のアノードとダイオードDi2のカソードとの接続点およびダイオードDi3のアノードとダイオードDi4のカソードとの接続点に接続されている。   The output side of the common mode filter (the side of the across-line capacitor CL2) is the connection point between the anode of the diode Di1 and the cathode of the diode Di2 that are the input side of the primary side rectifier element Di, Connected to the connection point.

1次側整流素子Diの出力側であるダイオードDi1のカソードとダイオードDi3のカソードとの接続点には1次側平滑コンデンサCiの正側の端子が接続され、ダイオードDi2のアノードとダイオードDi4のアノードとの接続点には1次側平滑コンデンサCiの負側の端子が接続されている。このようにして1次側整流平滑回路が形成され1次側平滑コンデンサの両端から直流電圧がプッシュプルコンバータに供給されるようになされている。   The positive side terminal of the primary side smoothing capacitor Ci is connected to the connection point between the cathode of the diode Di1 which is the output side of the primary side rectifying element Di and the cathode of the diode Di3, and the anode of the diode Di2 and the anode of the diode Di4 Is connected to the negative terminal of the primary smoothing capacitor Ci. In this way, the primary side rectifying and smoothing circuit is formed, and a DC voltage is supplied to the push-pull converter from both ends of the primary side smoothing capacitor.

プッシュプルコンバータは、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2、チョークコイルLo1、1次側電圧共振コンデンサC1、1次側電圧共振コンデンサC2、制御回路1、発振・ドライブ回路2、コンバータトランスPIT、2次側電圧共振コンデンサC3、2次側整流素子Do、2次側平滑コンデンサCo、2次側インダクタLo2を備えている。   The push-pull converter includes a switching element Q1 and a switching element Q2, a choke coil Lo1, a primary side voltage resonance capacitor C1, a primary side voltage resonance capacitor C2, a control circuit 1, an oscillation / drive circuit 2, a converter transformer PIT, and a secondary side. A voltage resonance capacitor C3, a secondary side rectifying element Do, a secondary side smoothing capacitor Co, and a secondary side inductor Lo2 are provided.

スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とはMOS−FETとされ、ボディダイオードDD1およびボディダイオードDD2は、MOS―FETの製造のプロセスにおいて形成されるダイオードである。ここで、MOS−FETの仕様としては、5A/900Vとした。   Switching element Q1 and switching element Q2 are MOS-FETs, and body diode DD1 and body diode DD2 are diodes formed in the process of manufacturing a MOS-FET. Here, the specification of the MOS-FET is 5A / 900V.

コンバータトランスPITは、1次側と2次側とを絶縁するとともに電圧の変換を行う機能を有するが、さらに、インダクタL1、インダクタL1’およびインダクタL2としても機能する。ここで、各々のインダクタは、コンバータトランスPITの1次巻線N1と1次巻線N1’とから成る1次巻線と2次巻線N2とが疎結合であることによって形成される漏れインダクタである。このような漏れインダクタをどのようにして形成するかについて、図2に示すコンバータトランス・インダクタPIT・PCCの断面図を示して具体的に説明する。   The converter transformer PIT has functions of insulating the primary side and the secondary side and performing voltage conversion, but also functions as an inductor L1, an inductor L1 ', and an inductor L2. Here, each inductor is a leakage inductor formed by loosely coupling a primary winding composed of a primary winding N1 and a primary winding N1 ′ of the converter transformer PIT and a secondary winding N2. It is. How to form such a leakage inductor will be specifically described with reference to a cross-sectional view of the converter transformer / inductor PIT / PCC shown in FIG.

図2に示すコンバータトランス・インダクタPIT・PCCでは、コンバータトランスPITとインダクタLo1とが複合部品として一体構成されている。コンバータトランスPITは、第1のコア材としてのフェライト材によるE型コアCR1とE型コアCR2とを互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コアを備える。そして、1次側と2次側の巻装部については、相互に独立するようにして分割し、例えば樹脂などによって形成されるボビンBが備えられる。そして、1次側の巻装部として1次巻線N1および1次巻線N1’、2次側の巻装部として2次巻線N2が巻装されたボビンBをEE型コアに取り付けることで、1次巻線N1および1次巻線N1’が一の領域に巻装され、2次巻線N2がこの一の領域とは異なる巻装領域に分離され、EE型コアの中央磁脚に巻装される状態となる。このようにしてコンバータトランスPIT全体としての構造が得られる。   In the converter transformer / inductor PIT / PCC shown in FIG. 2, the converter transformer PIT and the inductor Lo1 are integrally configured as a composite part. The converter transformer PIT includes an EE type core in which an E type core CR1 and an E type core CR2 made of a ferrite material as a first core material are combined so that their magnetic legs face each other. The primary side and secondary side winding portions are divided so as to be independent from each other, and provided with a bobbin B formed of, for example, resin. Then, the bobbin B around which the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ as the primary winding portion and the secondary winding N2 as the secondary winding portion are wound is attached to the EE core. The primary winding N1 and the primary winding N1 ′ are wound in one region, and the secondary winding N2 is separated into a winding region different from this one region, and the central magnetic leg of the EE core It will be in the state wound by. In this way, the overall structure of the converter transformer PIT is obtained.

ここで、図2に示すように1次巻線N1の外側に1次巻線N1’が巻回されており、1次巻線N1と1次巻線N1’とは密結合とされている。1次巻線N1と2次巻線N2とは第1のギャップとしてのギャップG1が存在するために疎結合とされ、同様に、1次巻線N1’と2次巻線N2とはギャップG1が存在するために疎結合とされている。また、1次巻線N1と1次巻線N1’とは巻き数が等しいが、1次巻線N1’の長さの方が1次巻線N1の長さよりも長いために、2次側巻線N2に対する結合係数は1次巻線N1’の方が1次巻線N1よりも大きくなる。   Here, as shown in FIG. 2, the primary winding N1 ′ is wound outside the primary winding N1, and the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ are tightly coupled. . The primary winding N1 and the secondary winding N2 are loosely coupled due to the existence of the gap G1 as the first gap. Similarly, the primary winding N1 ′ and the secondary winding N2 are gap G1. Because of the existence of loose coupling. The primary winding N1 and the primary winding N1 ′ have the same number of turns, but the length of the primary winding N1 ′ is longer than the length of the primary winding N1, so that the secondary side The coupling coefficient for the winding N2 is larger in the primary winding N1 ′ than in the primary winding N1.

このEE型コアの中央磁脚に対しては、1.6mm(ミリ・メータ)のギャップG1を形成する。これによって、1次側と2次側との結合係数kの値としては、結合係数kの値を1よりも小さくする。すなわち、疎結合とすることによって、1次巻線N1および1次巻線N1’によって発生し、第1の磁路である中央磁脚を通過する磁束の一部は2次巻線N2と鎖交しなくなり、2次巻線N2に発生する磁束の一部は1次巻線N1および1次巻線N1’と鎖交しなくなり、この鎖交しない磁束の効果によってインダクタL1、インダクタL1’、インダクタL2を形成するようにしている。図2に示すように、ギャップG1は、E型コアCR1およびE型コアCR2の中央磁脚を、2本の外磁脚よりも短くすることで形成している。コア材は、EER―35(コア材名称)とした。   A gap G1 of 1.6 mm (millimeter) is formed with respect to the central magnetic leg of the EE type core. As a result, the value of the coupling coefficient k is made smaller than 1 as the value of the coupling coefficient k between the primary side and the secondary side. That is, by using loose coupling, a part of the magnetic flux generated by the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ and passing through the central magnetic leg, which is the first magnetic path, is coupled to the secondary winding N2. A part of the magnetic flux generated in the secondary winding N2 is not interlinked with the primary winding N1 and the primary winding N1 ′, and the effect of the non-interlinking magnetic flux causes the inductor L1, the inductor L1 ′, The inductor L2 is formed. As shown in FIG. 2, the gap G1 is formed by making the central magnetic legs of the E-type core CR1 and the E-type core CR2 shorter than the two outer magnetic legs. The core material was EER-35 (core material name).

第1実施形態では1次巻線N1の巻数および1次巻線N1’の巻数は各々が40T(ターン)の同一の巻数とされ、2次巻線N2の巻数は35Tとされ、1次巻線N1と2次巻線N2との結合係数kの値は0.715とされ、1次巻線N1’ と2次巻線N2との結合係数kの値は0.735とされている。このときの出力直流電圧Eoの値は175V(ボルト)を得るものとした。   In the first embodiment, the number of turns of the primary winding N1 and the number of turns of the primary winding N1 ′ are 40T (turns), respectively, and the number of turns of the secondary winding N2 is 35T. The value of the coupling coefficient k between the line N1 and the secondary winding N2 is 0.715, and the value of the coupling coefficient k between the primary winding N1 ′ and the secondary winding N2 is 0.735. The value of the output DC voltage Eo at this time is 175 V (volt).

チョークコイルLo1は、図2に示すようにコンバータトランスPITの側面にE型コアCR3を接合して、第2のコア材としてのE型コアCR3および磁路の構成部の一部として含まれる第1のコア材としてのE型コアCR1とE型コアCR2とで、チョークコイルLo1の磁路を形成している。そして図2から明らかなように、第1の磁路を通過する磁束(コンバータトランスPITの生じる磁束)が第2の磁路を通過することがないように第2のギャップとしてのギャップG2を有している。すなわち、コンバータトランスPITの生じる磁束は、ギャップG2によって磁気抵抗の値が高い第2の磁路(チョークコイルLo1の生じる磁束が通過する磁路)を通過することができない。また、第2の磁路を通過する磁束も同様に、ギャップG1の作用によって、第1の磁路を通過することができない。このようにして、第1の磁路を通過する磁束と第2の磁路を通過する磁束とが互いに、他の磁路を通過することがないので、ここで、コンバータトランスPITとチョークコイルLo1とは、複合部品でありながら、独立して機能することとなる。   As shown in FIG. 2, the choke coil Lo1 includes an E-type core CR3 joined to the side surface of the converter transformer PIT, and is included as a part of the E-type core CR3 as a second core material and a magnetic path component. The E-type core CR1 and the E-type core CR2 as one core material form a magnetic path of the choke coil Lo1. As is apparent from FIG. 2, the gap G2 as the second gap is provided so that the magnetic flux passing through the first magnetic path (the magnetic flux generated by the converter transformer PIT) does not pass through the second magnetic path. is doing. That is, the magnetic flux generated by the converter transformer PIT cannot pass through the second magnetic path (the magnetic path through which the magnetic flux generated by the choke coil Lo1 passes) having a high magnetic resistance value due to the gap G2. Similarly, the magnetic flux passing through the second magnetic path cannot pass through the first magnetic path due to the action of the gap G1. Thus, since the magnetic flux passing through the first magnetic path and the magnetic flux passing through the second magnetic path do not pass through each other magnetic path, the converter transformer PIT and the choke coil Lo1 are here. Is a composite part but functions independently.

チョークコイル巻線Noは第2の磁路を通過する磁束が鎖交するようにE型コアCR3の中央磁脚に巻回されている。ギャップG2はギャップG1の半分の0.8mmとし、チョークコイル巻線Noの巻き数は43Tとして、チョークコイルLo1のインダクタンス値としては、400μH(マイクロ・ヘンリー)が得られた。この400μHの値は、インダクタL1、インダクタL1’よりも大きな値とされている。なお、チョークコイル巻線No、1次巻線N1、1次巻線N1’および2次巻線N2はリッツ線としている。   The choke coil winding No is wound around the central magnetic leg of the E-type core CR3 so that the magnetic flux passing through the second magnetic path is linked. The gap G2 was 0.8 mm which is half of the gap G1, the number of turns of the choke coil winding No was 43T, and the inductance value of the choke coil Lo1 was 400 μH (micro henry). The value of 400 μH is larger than the inductors L1 and L1 ′. The choke coil winding No, the primary winding N1, the primary winding N1 ', and the secondary winding N2 are litz wires.

1次側の接続態様について説明する。チョークコイルLo1は、1次側平滑コンデンサCiとコンバータトランスPITの1次巻線N1と1次巻線N1’のセンタータップとの間に接続され、コンバータトランスPITの1次巻線N1の端部はスイッチング素子Q1のドレインに接続され、コンバータトランスPITの1次巻線N1’の端部はスイッチング素子Q2のドレインに接続されている。そして、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2の各々のソースは1次側のグランドに接地されている。また、1次側電圧共振コンデンサC1はスイッチング素子Q1のドレインとソース間に並列に接続され、1次側電圧共振コンデンサC2はスイッチング素子Q2のドレインとソース間に並列に接続されている。   The connection mode on the primary side will be described. The choke coil Lo1 is connected between the primary side smoothing capacitor Ci, the primary winding N1 of the converter transformer PIT, and the center tap of the primary winding N1 ′, and the end of the primary winding N1 of the converter transformer PIT. Is connected to the drain of the switching element Q1, and the end of the primary winding N1 ′ of the converter transformer PIT is connected to the drain of the switching element Q2. The sources of the switching element Q1 and the switching element Q2 are grounded to the primary side ground. The primary side voltage resonance capacitor C1 is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q1, and the primary side voltage resonance capacitor C2 is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2.

また、スイッチング素子Q1のゲートおよびスイッチング素子Q1のゲートには発振・ドライブ回路2の出力が接続されている。発振・ドライブ回路2は、制御回路1からの出力に応じてスイッチング素子Q1のゲートおよびスイッチング素子Q2のゲートを駆動する。   The output of the oscillation / drive circuit 2 is connected to the gate of the switching element Q1 and the gate of the switching element Q1. The oscillation / drive circuit 2 drives the gate of the switching element Q1 and the gate of the switching element Q2 according to the output from the control circuit 1.

2次側の接続態様について説明する。コンバータトランスPITの2次巻線N2に対して2次側整流素子Doを接続している。この2次側整流素子Doは高速スイッチングダイオードDo1ないし高速スイッチングダイオードDo4をブリッジ接続して構成されており、2次側整流素子Doの出力側には2次側平滑コンデンサCoが接続されている。そして、2次側平滑コンデンサCoの両端から負荷に供給する電圧である出力直流電圧Eoを得ている。ここで、出力直流電圧Eoの値は上述したように175Vとした。   The connection mode on the secondary side will be described. A secondary side rectifying element Do is connected to the secondary winding N2 of the converter transformer PIT. The secondary side rectifying element Do is configured by bridge-connecting high speed switching diodes Do1 to Do4, and a secondary side smoothing capacitor Co is connected to the output side of the secondary side rectifying element Do. An output DC voltage Eo that is a voltage supplied to the load from both ends of the secondary side smoothing capacitor Co is obtained. Here, the value of the output DC voltage Eo was set to 175 V as described above.

制御回路1は、2次側平滑コンデンサCoにその入力側を接続されており、入力された出力直流電圧Eoと所定の値の基準電圧値との差に応じた検出出力(誤差電圧)を発振・ドライブ回路2に供給する。   The control circuit 1 has its input side connected to the secondary side smoothing capacitor Co, and oscillates a detection output (error voltage) corresponding to the difference between the input output DC voltage Eo and a predetermined reference voltage value. Supply to the drive circuit 2

このようなプッシュプルコンバータでは、主としてチョークコイルLo1およびインダクタL1と1次側電圧共振コンデンサC1とによって第1の1次側電圧共振回路が形成される。ここで、主としてとは、これらの部品の特性、すなわち、チョークコイルLo1のインダクタンスおよびインダクタL1のインダクタンスと1次側電圧共振コンデンサC1のキャパシタンスとによって第1の1次側電圧共振回路の共振の周波数が概ね定まることを言うものである。例えば、1次側平滑コンデンサCiのキャパシタンス等も共振周波数に影響を与えるがその影響は無視できる程度ものであるので、第1の1次側電圧共振回路を形成する要素としてはいない。   In such a push-pull converter, a first primary voltage resonance circuit is mainly formed by the choke coil Lo1, the inductor L1, and the primary voltage resonance capacitor C1. Here, mainly means the resonance frequency of the first primary side voltage resonance circuit by the characteristics of these components, that is, the inductance of the choke coil Lo1, the inductance of the inductor L1, and the capacitance of the primary side voltage resonance capacitor C1. It is said that is generally determined. For example, the capacitance of the primary side smoothing capacitor Ci influences the resonance frequency, but the influence is negligible. Therefore, it is not used as an element for forming the first primary side voltage resonance circuit.

また、主としてチョークコイルLo1およびインダクタL1’と1次側電圧共振コンデンサC2とによって第2の1次側電圧共振回路が形成される。すなわち、チョークコイルLo1のインダクタンスおよびインダクタL1’のインダクタンスと1次側電圧共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって第2の1次側電圧共振回路の共振の周波数が概ね定まるので、1次側平滑コンデンサCi等は第2の1次側電圧共振回路を形成する要素としてはいない。第1の1次側電圧共振回路の共振周波数と第2の1次側電圧共振回路の共振周波数とは略等しくなるように各々が周波数fo1に設定される。ここで、第1の1次側電圧共振回路の共振周波数と第2の1次側電圧共振回路は、独立に働くものでは無く、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2のいずれがオフとなるかに応じて、両者が協調して動作して、1次側電圧共振回路を形成するものである。   Further, a second primary voltage resonance circuit is mainly formed by the choke coil Lo1 and the inductor L1 'and the primary voltage resonance capacitor C2. That is, since the resonance frequency of the second primary side voltage resonance circuit is substantially determined by the inductance of the choke coil Lo1, the inductance of the inductor L1 ', and the capacitance of the primary side voltage resonance capacitor C2, the primary side smoothing capacitor Ci, etc. Is not an element forming the second primary side voltage resonance circuit. Each is set to the frequency fo1 so that the resonance frequency of the first primary side voltage resonance circuit and the resonance frequency of the second primary side voltage resonance circuit are substantially equal. Here, the resonance frequency of the first primary side voltage resonance circuit and the second primary side voltage resonance circuit do not work independently, depending on which of the switching element Q1 and the switching element Q2 is turned off. Thus, both operate in cooperation to form a primary side voltage resonance circuit.

また、主として、インダクタL2のインダクタンスと2次側電圧共振コンデンサC3のキャパシタンスとによって2次側電圧共振回路が形成され、共振周波数は周波数fo2に設定される。ここで、主としてとは上述したと同様に、例えば、2次側インダクタLo2等も共振周波数に影響を与えるがその影響は無視できる程度ものであるので、2次側電圧共振回路を形成する要素としてはいない。周波数fo1と周波数fo2との関係は、図3に制御特性として示すように、周波数fo2の値は周波数fo1の略2/3以下に設定される。ここで、2次側インダクタLo2の値は数μH以下、例えば、3.3μHとされ、インダクタL2のインダクタンスの値に較べて非常に小さなものである。したがって、2次側インダクタLo2は2次側電圧共振回路を構成する要素となるものの、2次側電圧共振回路の共振周波数にほとんど影響を与えるものではない。   Also, a secondary side voltage resonance circuit is formed mainly by the inductance of the inductor L2 and the capacitance of the secondary side voltage resonance capacitor C3, and the resonance frequency is set to the frequency fo2. Here, mainly as in the case described above, for example, the secondary side inductor Lo2 and the like also affect the resonance frequency, but the effect is negligible, so that as an element forming the secondary side voltage resonance circuit No. The relationship between the frequency fo1 and the frequency fo2 is set to approximately 2/3 or less of the frequency fo1 as shown in FIG. Here, the value of the secondary inductor Lo2 is several μH or less, for example, 3.3 μH, which is very small compared to the inductance value of the inductor L2. Therefore, although the secondary side inductor Lo2 becomes an element constituting the secondary side voltage resonance circuit, it hardly affects the resonance frequency of the secondary side voltage resonance circuit.

2次側インダクタLo2の奏する作用を説明する。2次側インダクタLo2を設けない場合、すなわち、2次側インダクタLo2に替えて導線を用いる場合には、電流I4(図1を参照)と電流I3(図1を参照)とに、例えば、1.5MHz(メガ・ヘルッ)のリンギングが生じる。このリンギングは周波数が高いので、ノイズ成分としては有害なものである。例えば、交流電源AC側にこのノイズが漏れ、他の機器の動作に悪影響を与える。また、1次側整流回路を備えない、コンバータ部のみが、DC−DCコンバータとして用いられる場合にも同様に入力のDCライン側に対してこのリンギングが悪影響を与える。   The operation performed by the secondary inductor Lo2 will be described. When the secondary inductor Lo2 is not provided, that is, when a conductive wire is used instead of the secondary inductor Lo2, the current I4 (see FIG. 1) and the current I3 (see FIG. 1) are set to, for example, 1 Ringing of .5 MHz (mega hertz) occurs. Since this ringing has a high frequency, it is harmful as a noise component. For example, this noise leaks to the AC power supply AC side, which adversely affects the operation of other devices. In addition, when only the converter unit that does not include the primary side rectifier circuit is used as a DC-DC converter, this ringing has an adverse effect on the input DC line side.

このようなリンギングが発生する原因は2次側平滑コンデンサCoに存する等価インダクタンス(ESL)にある。2次側インダクタLo2が無い場合には、2次側電圧共振コンデンサC3のキャパシタンスとこの等価インダクタンスとで形成される1.5MHz近傍とされる共振周波数を有する共振回路を形成することとなり、スイッチングの動作によってこの共振回路を励振するためである。また、2次側整流素子Doの入力側に流れる電流である電流I4(図1を参照)にも同一周波数のリンギングが生じている。一方、2次側インダクタLo2がある場合には、後述する図4、図5に示すように、上述した、電流I3と電流I4に生じるリンギングは消滅している。   Such ringing is caused by an equivalent inductance (ESL) existing in the secondary side smoothing capacitor Co. In the absence of the secondary side inductor Lo2, a resonance circuit having a resonance frequency near 1.5 MHz formed by the capacitance of the secondary side voltage resonance capacitor C3 and this equivalent inductance is formed. This is because the resonance circuit is excited by operation. Further, ringing of the same frequency is also generated in the current I4 (see FIG. 1) that is a current flowing on the input side of the secondary side rectifying element Do. On the other hand, when the secondary inductor Lo2 is present, the ringing generated in the currents I3 and I4 described above disappears, as shown in FIGS.

ここで、1次側電圧共振コンデンサC1のキャパシタンスの値、および1次側電圧共振コンデンサC2のキャパシタンスの値は4700pF(ピコ・ファラッド)、2次側電圧共振コンデンサC3のキャパシタンスの値は0.047μF(マイクロ・ファラッド)とした。このときの、周波数fo1の値は90.1kHz(キロ・ヘルツ)であり、周波数fo2の値は53.5kHz(キロ・ヘルツ)であった。   Here, the capacitance value of the primary side voltage resonance capacitor C1 and the capacitance value of the primary side voltage resonance capacitor C2 are 4700 pF (Pico Farad), and the capacitance value of the secondary side voltage resonance capacitor C3 is 0.047 μF. (Micro Farad). At this time, the value of the frequency fo1 was 90.1 kHz (kilohertz), and the value of the frequency fo2 was 53.5 kHz (kilohertz).

次に上述した構成を有するスイッチング電源回路の動作について説明をする。このようなプッシュプルコンバータの基本動作原理は、公知技術である多重共振コンバータとしての動作をするものであるが、以下の特徴を有している。   Next, the operation of the switching power supply circuit having the above-described configuration will be described. The basic operation principle of such a push-pull converter operates as a multi-resonance converter, which is a known technique, and has the following characteristics.

スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との時比率を1以上として最大負荷時においては、例えば2以上となるように選定する。このような設定とすることによって、図23において必要とされたチョークコイルLo20は削除することができるようになった。すなわち、チョークコイルLo20を具備しない場合においても、2次巻線N2に流れる共振電流である電流I2は正弦波となり、2次側電圧共振コンデンサC3の両端に発生する電圧V4も正弦波となり、高速スイッチングダイオードDo1ないし高速スイッチングダイオードDo4の導通角は拡大する。また、2次側インダクタLo2はリンギングを消滅させるためのものであるので、2次側インダクタLo2インダクタンス値はチョークコイルLo20のインダクタンス値よりも小さいものとできる。これによって装置の小型化および装置のコストの低減が図れる。   The duty ratio between the switching element Q1 and the switching element Q2 is set to 1 or more, and is selected to be 2 or more at the maximum load, for example. With this setting, the choke coil Lo20 required in FIG. 23 can be deleted. That is, even when the choke coil Lo20 is not provided, the current I2, which is the resonance current flowing through the secondary winding N2, becomes a sine wave, and the voltage V4 generated at both ends of the secondary side voltage resonance capacitor C3 also becomes a sine wave. The conduction angle of the switching diode Do1 to the high-speed switching diode Do4 increases. Further, since the secondary side inductor Lo2 is for eliminating ringing, the inductance value of the secondary side inductor Lo2 can be made smaller than the inductance value of the choke coil Lo20. As a result, the size of the apparatus can be reduced and the cost of the apparatus can be reduced.

また、1次側電圧共振コンデンサC1をスイッチング素子Q1に並列に接続し、1次側電圧共振コンデンサC2をスイッチング素子Q2に並列に接続することによって、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との各々がオフとなる時間である時間TOFFに1次側電圧共振コンデンサC1、1次側電圧共振コンデンサC2に流れる1次側の共振電流と、2次側電圧共振コンデンサC3とに流れる電流である電流I4の位相を同じにする効果があり、スイッチング素子Q1のボディダイオードDD1、スイッチング素子Q2のボディダイオードDD2の導通角が拡大してZVS動作がより確実なものとなる。   Also, each of the switching element Q1 and the switching element Q2 is turned off by connecting the primary side voltage resonant capacitor C1 in parallel to the switching element Q1 and connecting the primary side voltage resonant capacitor C2 in parallel to the switching element Q2. The phase of the primary side resonant current C1 that flows through the primary side voltage resonant capacitor C2 and the current I4 that is the current that flows through the secondary side voltage resonant capacitor C3 at the time TOFF that is And the conduction angle of the body diode DD1 of the switching element Q1 and the body diode DD2 of the switching element Q2 is enlarged, and the ZVS operation is more reliable.

また、図3に示すように、出力直流電圧Eoを175Vとする場合における重負荷時に対応する周波数fsの値と負荷が零のときに対応する周波数fsの値との範囲である可変周波数範囲Δfsの値を非常に小さくすることができる。   As shown in FIG. 3, when the output DC voltage Eo is 175 V, the variable frequency range Δfs, which is the range between the value of the frequency fs corresponding to heavy load and the value of the frequency fs corresponding to zero load. The value of can be made very small.

図4は、入力交流電圧VACが100Vにおける負荷電力Poの値が、0W(無負荷)から300Wの範囲での負荷変動に対する電力変換効率ηAC→DC、周波数fs、時間TON、時間TOFFの各々を示している。なお、このスイッチング電源回路については、出力直流電圧Eoの値を175Vとしている。   FIG. 4 shows each of the power conversion efficiency ηAC → DC, frequency fs, time TON, and time TOFF with respect to load fluctuations when the value of the load power Po when the input AC voltage VAC is 100 V is 0 W (no load) to 300 W. Show. In this switching power supply circuit, the value of the output DC voltage Eo is 175V.

図5に、スイッチング周期における各部の動作波形を示す。このときの負荷電力は300W、入力交流電圧は100Vである。図5の上段から順に、スイッチング素子Q1のドレイン電圧である電圧V1(図1を参照)、スイッチング素子Q1のドレイン電流である電流IQ1(図1を参照)、スイッチング素子Q2のドレイン電圧である電圧V2(図1を参照)、スイッチング素子Q2のドレイン電流である電流IQ2(図1を参照)、2次巻線N2に流れる電流である電流I2(図1を参照)、2次側電圧共振コンデンサC3に流れる電流である電流I3(図1を参照)、2次巻線N2の両端の電圧である電圧V3(図1を参照)、2次側整流素子Doの入力側に流れる電流である電流I4(図1を参照)の各々を示すものである。   FIG. 5 shows an operation waveform of each part in the switching period. The load power at this time is 300 W, and the input AC voltage is 100V. In order from the top of FIG. 5, voltage V1 (see FIG. 1) that is the drain voltage of switching element Q1, current IQ1 (see FIG. 1) that is the drain current of switching element Q1, and voltage that is the drain voltage of switching element Q2 V2 (refer to FIG. 1), current IQ2 (refer to FIG. 1) which is the drain current of the switching element Q2, current I2 (refer to FIG. 1) which flows through the secondary winding N2, secondary side voltage resonance capacitor A current I3 (refer to FIG. 1) which flows through C3, a voltage V3 (refer to FIG. 1) which is a voltage across the secondary winding N2, and a current which flows into the input side of the secondary rectifier Do. Each of I4 (refer FIG. 1) is shown.

図6に、スイッチング周期における各部の動作波形を示す。このときの負荷電力は0W、入力交流電圧は100Vである。図6の上段から順に、電圧V1、電流IQ1、電圧V2、電流IQ2、電流I2、電流I3、電圧V3、電流I4の各々を示すものである。   FIG. 6 shows an operation waveform of each part in the switching period. The load power at this time is 0 W, and the input AC voltage is 100V. The voltage V1, current IQ1, voltage V2, current IQ2, current I2, current I3, voltage V3, and current I4 are shown in order from the top of FIG.

図4ないし図6に示す実験データから図1に示すスイッチング電源回路について以下のことが明らかになる。負荷電力Poの値が0Wから300Wの範囲でZVS動作となっている。負荷電力Poが300Wにおける電力変換効率ηAC→DCの値は91.8%である。   From the experimental data shown in FIGS. 4 to 6, the following becomes clear about the switching power supply circuit shown in FIG. The ZVS operation is performed when the value of the load power Po is in the range of 0 W to 300 W. The value of power conversion efficiency ηAC → DC when the load power Po is 300 W is 91.8%.

図1に示すスイッチング電源回路は以下の利点を有している。   The switching power supply circuit shown in FIG. 1 has the following advantages.

背景技術に示す電圧共振プッシュプルコンバータのfs制御は負荷電力Poが100W以下に限定されていた。一方、図1に示すスイッチング電源回路は電圧共振プッシュプルコンバータを用いるものであるが、コンバータトランスPITを疎結合とし、2次側に電圧共振回路を組み合わせて多重共振形コンバータとして構成することによって、負荷電力Poの大きさが300W以上の重負荷から無負荷の範囲でfs制御(スイッチング周波数である周波数fsを変化させて出力直流電圧Eoを変化させる制御)が可能となる。   In the fs control of the voltage resonance push-pull converter shown in the background art, the load power Po is limited to 100 W or less. On the other hand, the switching power supply circuit shown in FIG. 1 uses a voltage resonance push-pull converter, but the converter transformer PIT is loosely coupled, and the voltage resonance circuit is combined on the secondary side to constitute a multiple resonance type converter. It is possible to perform fs control (control to change the output DC voltage Eo by changing the frequency fs, which is a switching frequency) in a range from a heavy load of 300 W or more to a no load.

コンバータトランスPITとインダクタLo1との機能を一体化した複合部品としてのコンバータトランス・インダクタPIT・PCCとすることによって、装置の小型化を図ることができるとともに、電力変換効率ηAC→DCを良好なものとできる。電力変換効率ηAC→DCを良好なものとできる理由は、コンバータトランス・インダクタPIT・PCCを小型化できる一方で、インダクタLo1の磁路を形成するE型コアCR3の断面積を大きくすることができ銅損および鉄損が減少するからである。すなわち、コンバータトランス・インダクタPIT・PCCにおけると同一のインダクタンス値の単独の部品としてインダクタLo1を形成する場合には、コスト面を考慮して、より小型のコア材EE−25を使い、リッツ線の巻き数も大きなものとなる。このために銅損がより大きなものとなる。一方、このようにして、コンバータトランスPITに用いるコア材をチョークコイルと兼用する場合には、同じ費用の投下に対してもより大型のコアであるコアCR3を用いることができるようになる。コンバータトランス・インダクタPIT・PCCを用いる場合の電力変換効率ηAC→DCの改善は最大負荷電力である300Wにおいて、0.3%向上し、コアの温度も約5℃低下した。   By using the converter transformer / inductor PIT / PCC as a composite part in which the functions of the converter transformer PIT and the inductor Lo1 are integrated, it is possible to reduce the size of the apparatus and to improve the power conversion efficiency ηAC → DC. And can. The reason why the power conversion efficiency ηAC → DC can be improved is that the converter transformer, the inductor PIT, and the PCC can be reduced in size, while the cross-sectional area of the E-type core CR3 that forms the magnetic path of the inductor Lo1 can be increased. This is because copper loss and iron loss are reduced. That is, when the inductor Lo1 is formed as a single component having the same inductance value as that in the converter transformer / inductor PIT / PCC, in consideration of cost, a smaller core material EE-25 is used, and the litz wire The number of turns is also large. For this reason, the copper loss becomes larger. On the other hand, when the core material used for the converter transformer PIT is also used as the choke coil in this way, the core CR3, which is a larger core, can be used for the same cost. The improvement of power conversion efficiency ηAC → DC when using the converter transformer / inductor PIT / PCC was improved by 0.3% at the maximum load power of 300 W, and the core temperature was also reduced by about 5 ° C.

2次側インダクタLo2を設けることよって、2次側電圧共振コンデンサC3に従来は流れていたリンギング電流が流れなくなり、動作波形が滑らかな正弦波形状となってノイズの発生が低減した。   By providing the secondary side inductor Lo2, the ringing current that has been flowing in the secondary side voltage resonant capacitor C3 no longer flows, the operation waveform becomes a smooth sine wave shape, and the generation of noise is reduced.

2次側に電圧共振回路を付加することによって、背景技術において用いたチョークコイルLo20を削除しても、この2次側の電圧共振回路から正弦波電圧を得ることができるようになった。ここで、背景技術において用いたチョークコイルLo20のインダクタンスは、大きなインダクタンス値を得るためにその値も大きなものとされ、装置は大型化し、装置コストも高いものとなったが、本実施形態の電源では、チョークコイルLo20を用いないことによって、装置の小型化、装置のコストの削減が図れる。   By adding a voltage resonance circuit to the secondary side, a sinusoidal voltage can be obtained from the voltage resonance circuit on the secondary side even if the choke coil Lo20 used in the background art is deleted. Here, the inductance of the choke coil Lo20 used in the background art is set to a large value in order to obtain a large inductance value, and the apparatus is enlarged and the apparatus cost is high. Then, by not using the choke coil Lo20, the size of the device can be reduced and the cost of the device can be reduced.

図7は、図1に示すスイッチング電源回路の変形例である。   FIG. 7 is a modification of the switching power supply circuit shown in FIG.

図7のスイッチング電源回路の1次側は、1次側電圧共振コンデンサC1および1次側電圧共振コンデンサC2に替えて、1次側電圧共振コンデンサが、1次側電圧共振コンデンサC1として第1の1次巻線N1および第2の1次巻線N1’の両端に並列に接続されることを特徴とするものである。   The primary side of the switching power supply circuit of FIG. 7 is replaced with the primary side voltage resonance capacitor C1 and the primary side voltage resonance capacitor C2, and the primary side voltage resonance capacitor is used as the primary side voltage resonance capacitor C1. The first and second primary windings N1 and N1 ′ are connected in parallel to both ends of the primary winding N1 and the second primary winding N1 ′.

図7のスイッチング電源回路の2次側は、2次巻線N2と2次巻線N2’の接続点をセンタータップとし、2次巻線N2と2次巻線N2’の端部に2次側電圧共振コンデンサC3を接続し、両波整流のための高速スイッチングダイオードDo1と高速スイッチングダイオードDo2とを有する両波整流回路として2次側を構成するものである。また、2次巻線N2と2次巻線N2’とは加極性となるように巻回されているので、2次側電圧共振回路を形成する2次巻線N2と2次巻線N2’の端部に生じる2次側電圧共振回路を構成するインダクタンスの値は図1に示す回路におけるインダクタンスの値よりも大きくなり、この分だけ2次側電圧共振コンデンサC3のキャパシタンスを小さくできる。ここで、2次側インダクタLo2は、高速スイッチングダイオードDo1のカソードと高速スイッチングダイオードDo2のカソードとの接続点と、2次側平滑コンデンサCoとの間に接続され、リンギングを消滅させる。   The secondary side of the switching power supply circuit of FIG. 7 has a connection point between the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ as a center tap and a secondary at the end of the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′. The secondary side is configured as a double-wave rectifier circuit having a high-speed switching diode Do1 and a high-speed switching diode Do2 for both-wave rectification connected to the side voltage resonant capacitor C3. Further, since the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ are wound so as to have a positive polarity, the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ forming the secondary side voltage resonance circuit The value of the inductance constituting the secondary side voltage resonance circuit generated at the end of the capacitor becomes larger than the value of the inductance in the circuit shown in FIG. 1, and the capacitance of the secondary side voltage resonance capacitor C3 can be reduced by this amount. Here, the secondary-side inductor Lo2 is connected between the connection point between the cathode of the high-speed switching diode Do1 and the cathode of the high-speed switching diode Do2, and the secondary-side smoothing capacitor Co to eliminate ringing.

図8に示すスイッチング電源回路は図1に示すスイッチング電源回路の2次側を変形したスイッチング電源回路である。2次側は倍電圧全波整流回路を構成している。すなわち、2次側平滑コンデンサCo1に直流電圧が保持され、この電圧が2次側平滑コンデンサCo2の電圧と加算されることによって、2次巻線N2または2次巻線N2’の両端から得られる電圧の2倍の電圧が出力直流電圧Eoとして得られるようになされている。ここで、2次側インダクタLo2は、高速スイッチングダイオードDo1のカソードと高速スイッチングダイオードDo2のカソードとの接続点と、2次側平滑コンデンサCoとの間に接続され、リンギングを消滅させる。   The switching power supply circuit shown in FIG. 8 is a switching power supply circuit obtained by modifying the secondary side of the switching power supply circuit shown in FIG. The secondary side constitutes a voltage doubler full wave rectifier circuit. That is, a DC voltage is held in the secondary side smoothing capacitor Co1, and this voltage is added to the voltage of the secondary side smoothing capacitor Co2, thereby being obtained from both ends of the secondary winding N2 or the secondary winding N2 ′. A voltage twice the voltage is obtained as the output DC voltage Eo. Here, the secondary-side inductor Lo2 is connected between the connection point between the cathode of the high-speed switching diode Do1 and the cathode of the high-speed switching diode Do2, and the secondary-side smoothing capacitor Co to eliminate ringing.

また、図9は、図1に示すスイッチング電源回路の2次側を変形して倍電圧半波整流回路を用いるものである。図9に示す倍電圧全波整流回路の半分の部分が用いられている。このように倍電圧半波整流回路を用いる場合にも図1に示すスイッチング電源回路の有する基本的な利点はそのまま維持できる。ここで、2次側インダクタLo2は、高速スイッチングダイオードDo1のカソードと高速スイッチングダイオードDo2のカソードとの接続点と、2次側平滑コンデンサCoとの間に接続され、リンギングを消滅させる。   FIG. 9 shows a modification of the secondary side of the switching power supply circuit shown in FIG. 1 using a voltage doubler half-wave rectifier circuit. Half of the voltage doubler full wave rectifier circuit shown in FIG. 9 is used. Thus, even when the voltage doubler half-wave rectifier circuit is used, the basic advantage of the switching power supply circuit shown in FIG. 1 can be maintained as it is. Here, the secondary-side inductor Lo2 is connected between the connection point between the cathode of the high-speed switching diode Do1 and the cathode of the high-speed switching diode Do2, and the secondary-side smoothing capacitor Co to eliminate ringing.

第2実施形態のスイッチング電源回路について、図10ないし図16を参照して説明する。第2実施形態のスイッチング電源回路の説明において、第1実施形態のスイッチング電源回路におけると同一の構成部については、同一の符号を付して、説明の一部を省略する。   A switching power supply circuit according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In the description of the switching power supply circuit of the second embodiment, the same components as those in the switching power supply circuit of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted.

第2実施形態のスイッチング電源回路は、1次側直流電力を交流電力に変換し、さらに2次側直流電力に変換するスイッチング電源回路であって、1次側直流電力が一方の端子に供給されるチョークコイルPCCと、チョークコイルPCCの他方の端子に接続される1次側直流電力が供給されるセンタータップによって1次巻線N1と1次巻線N1に疎結合とされる1次巻線N1’とが分離されて形成される1次巻線と、1次巻線N1および第2の1次巻線の各々と磁気的に疎結合とされる2次巻線と、を有するコンバータトランスPITと、1次巻線N1の端部に接続されるスイッチング素子Q1および1次巻線N1’の端部に接続されるスイッチング素子Q2と、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2をオン・オフ駆動する発振・ドライブ回路2と、チョークコイルPCCと1次巻線N1に生じるインダクタとともに1次側電圧共振回路を形成する1次側電圧共振コンデンサC1およびチョークコイルPCCと1次巻線N1’に生じるインダクタとともに1次側電圧共振回路を形成する1次側電圧共振コンデンサC2と、2次巻線N2に生じるインダクタとともに2次側電圧共振回路を形成するように2次巻線N2(または、2次巻線N2および2次巻線N2’)に並列接続される、2次側電圧共振コンデンサC3と、2次側共振回路に入力側が接続される2次側整流素子Do(または、高速スイッチングダイオードDo1ないし高速スイッチングダイオードDo4)と、2次側整流素子Do等の出力側に接続されて平滑された出力直流電圧Eoを得るようにされる2次側平滑コンデンサCo(または、2次側平滑コンデンサCo1および2次側平滑コンデンサCo2)と、出力直流電圧Eoの値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を発振・ドライブ回路2に供給する制御回路1と、を備え、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2のオンとオフとの比率である時比率が各々1以上に設定されるものである。   The switching power supply circuit of the second embodiment is a switching power supply circuit that converts primary side DC power into AC power and further converts it into secondary side DC power, and the primary side DC power is supplied to one terminal. Choke coil PCC and a primary winding that is loosely coupled to primary winding N1 and primary winding N1 by a center tap connected to the other terminal of choke coil PCC and supplied with primary DC power. A converter transformer having a primary winding formed separately from N1 ′ and a secondary winding that is magnetically loosely coupled to each of the primary winding N1 and the second primary winding PIT, switching element Q1 connected to the end of primary winding N1, switching element Q2 connected to the end of primary winding N1 ′, and switching element Q1 and switching element Q2 are driven on / off. The primary side voltage resonance capacitor C1 and the inductor generated in the choke coil PCC and the primary winding N1 ′ together with the vibration / drive circuit 2, the choke coil PCC and the inductor generated in the primary winding N1 form a primary side voltage resonance circuit. The secondary winding N2 (or the secondary winding so as to form a secondary side voltage resonance circuit together with a primary side voltage resonance capacitor C2 that forms a primary side voltage resonance circuit together with an inductor generated in the secondary winding N2. A secondary side voltage resonance capacitor C3 connected in parallel to the line N2 and the secondary winding N2 ′), and a secondary side rectifier element Do (or high-speed switching diode Do1 to D2) whose input side is connected to the secondary side resonance circuit. It is connected to the output side of the high-speed switching diode Do4) and the secondary side rectifying element Do, etc. so as to obtain a smoothed output DC voltage Eo. A secondary-side smoothing capacitor Co (or secondary-side smoothing capacitor Co1 and secondary-side smoothing capacitor Co2) and a control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage Eo is a predetermined value are oscillated. And a control circuit 1 for supplying to the drive circuit 2, each of which is set to have a time ratio of 1 or more, which is a ratio of ON and OFF of the switching element Q1 and the switching element Q2.

ここで、本実施形態では、1次側電圧共振コンデンサC1は第1の1次側電圧共振コンデンサの一実施形態であり、1次側電圧共振コンデンサC2は第2の1次側電圧共振コンデンサの一実施形態である。この両方によって1次側電圧共振コンデンサが形成され、1次側電圧コンデンサの一実施形態とされている。また、別の1次側電圧共振コンデンサの実施形態としては、1次側電圧共振コンデンサC1および1次側電圧共振コンデンサC2に替えて、1次巻線N1と1次まき線N1’の両端に1次側電圧共振コンデンサC1のみを設けるようにしても良いものである。   Here, in the present embodiment, the primary side voltage resonant capacitor C1 is an embodiment of the first primary side voltage resonant capacitor, and the primary side voltage resonant capacitor C2 is the second primary side voltage resonant capacitor. It is one embodiment. Both forms a primary-side voltage resonant capacitor, which is an embodiment of the primary-side voltage capacitor. As another embodiment of the primary side voltage resonance capacitor, instead of the primary side voltage resonance capacitor C1 and the primary side voltage resonance capacitor C2, both ends of the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ are provided. Only the primary side voltage resonance capacitor C1 may be provided.

図10に示すスイッチング電源回路の交流電源AC側から2次側に至るまでを順に説明する。   The sequence from the AC power supply AC side to the secondary side of the switching power supply circuit shown in FIG. 10 will be described in order.

スイッチング電源回路は、アクロスラインコンデンサCL1、コモンモードチョークコイルCMC、アクロスラインコンデンサCL2を有するコモンモードフィルタを有している。このコモンモードフィルタの入力側であるアクロスラインコンデンサCL1には、例えば、図示しないプラグが電源スイッチおよびヒューズを介して接続され、交流電源ACと接続されたコンセントにこのプラグを挿入することによって交流電力がスイッチング電源回路に供給されるようになされている。ここで、交流電源ACの電圧である入力交流電圧VACの値は85Vから144Vの範囲とされている。   The switching power supply circuit has a common mode filter having an across line capacitor CL1, a common mode choke coil CMC, and an across line capacitor CL2. For example, a plug (not shown) is connected to the across-line capacitor CL1 on the input side of the common mode filter via a power switch and a fuse, and the AC power is obtained by inserting the plug into an outlet connected to the AC power supply AC. Is supplied to the switching power supply circuit. Here, the value of the input AC voltage VAC, which is the voltage of the AC power supply AC, is in the range of 85V to 144V.

コモンモードフィルタの出力側(アクロスラインコンデンサCL2の側)は1次側整流素子Diの入力側であるダイオードDi1のアノードとダイオードDi2のカソードとの接続点およびダイオードDi3のアノードとダイオードDi4のカソードとの接続点に接続されている。   The output side of the common mode filter (the side of the across-line capacitor CL2) is the connection point between the anode of the diode Di1 and the cathode of the diode Di2 that are the input side of the primary side rectifier element Di, Connected to the connection point.

1次側整流素子Diの出力側であるダイオードDi1のカソードとダイオードDi3のカソードとの接続点には1次側平滑コンデンサCiの正側の端子が接続され、ダイオードDi2のアノードとダイオードDi4のアノードとの接続点には1次側平滑コンデンサCiの負側の端子が接続されている。このようにして1次側整流平滑回路が形成され1次側平滑コンデンサの両端から直流電圧がプッシュプルコンバータに供給されるようになされている。   The positive side terminal of the primary side smoothing capacitor Ci is connected to the connection point between the cathode of the diode Di1 which is the output side of the primary side rectifying element Di and the cathode of the diode Di3, and the anode of the diode Di2 and the anode of the diode Di4 Is connected to the negative terminal of the primary smoothing capacitor Ci. In this way, the primary side rectifying and smoothing circuit is formed, and a DC voltage is supplied to the push-pull converter from both ends of the primary side smoothing capacitor.

プッシュプルコンバータは、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2、チョークコイルLo1、1次側電圧共振コンデンサC1、1次側電圧共振コンデンサC2、制御回路1、発振・ドライブ回路2、コンバータトランスPIT、2次側電圧共振コンデンサC3、2次側整流素子Do、2次側平滑コンデンサCo、2次側インダクタLo2を備えている。   The push-pull converter includes a switching element Q1 and a switching element Q2, a choke coil Lo1, a primary side voltage resonance capacitor C1, a primary side voltage resonance capacitor C2, a control circuit 1, an oscillation / drive circuit 2, a converter transformer PIT, and a secondary side. A voltage resonance capacitor C3, a secondary side rectifying element Do, a secondary side smoothing capacitor Co, and a secondary side inductor Lo2 are provided.

スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とはMOS−FETとされ、ボディダイオードDD1およびボディダイオードDD2は、MOS―FETの製造のプロセスにおいて形成されるダイオードである。ここで、MOS−FETの仕様としては、5A/900Vとした。   Switching element Q1 and switching element Q2 are MOS-FETs, and body diode DD1 and body diode DD2 are diodes formed in the process of manufacturing a MOS-FET. Here, the specification of the MOS-FET is 5A / 900V.

コンバータトランスPITは、1次側と2次側とを絶縁するとともに電圧の変換を行う機能を有するが、さらに、インダクタL1、インダクタL1’およびインダクタL2としても機能する。ここで、各々のインダクタは、コンバータトランスPITによって形成される漏れインダクタである。このような漏れインダクタをどのようにして形成するかについて、図11に示すコンバータトランスPITの断面図を示して具体的に説明する。   The converter transformer PIT has functions of insulating the primary side and the secondary side and performing voltage conversion, but also functions as an inductor L1, an inductor L1 ', and an inductor L2. Here, each inductor is a leakage inductor formed by the converter transformer PIT. How to form such a leakage inductor will be specifically described with reference to a sectional view of the converter transformer PIT shown in FIG.

コンバータトランスPITは、フェライト材によるE型コアCR1とE型コアCR2とを互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コアを備える。そして、1次巻線N1と1次巻線N1’と2次巻線N2の巻装部については、相互に独立するようにして分割し、例えば樹脂などによって形成されるボビンBが備えられる。そして、1次側の巻装部として1次巻線N1および1次巻線N1’、2次側の巻装部として2次巻線N2が巻装されたボビンBがEE型コアに取り付けられている。   The converter transformer PIT includes an EE type core in which an E type core CR1 and an E type core CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other. The winding portions of the primary winding N1, the primary winding N1 ', and the secondary winding N2 are divided so as to be independent from each other, and provided with a bobbin B formed of, for example, resin. The bobbin B around which the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ as the primary winding portion and the secondary winding N2 as the secondary winding portion are wound is attached to the EE core. ing.

このような構成によって、EE型コアの中央磁脚とギャップGとで形成される磁路を通過する磁束が、1次巻線N1、1次巻線N1’および2次巻線N2と鎖交することとなる。しかしながら、この磁路はギャップGを有するために、磁束の一部がギャップGから漏れるので、この磁路に巻回される各々の巻線の相互の磁気的な結合度は小さいもの(疎結合)とされている。2次巻線N2を1次巻線N1と1次巻線N1’とで挟み、各々の巻線が他の巻線を介することなく前記コア材に巻回されているので、特に1次巻線N1と1次巻線N1’との結合度は小さく、また、1次巻線N1と2次巻線N2との結合度、および、1次巻線N1’と2次巻線N2との結合度も同様に小さい。すなわち、各々の巻線の相互の結合度はいずれも小さい。このようにしてコンバータトランスPIT全体としての構造が得られる。   With such a configuration, the magnetic flux passing through the magnetic path formed by the center magnetic leg of the EE core and the gap G is linked to the primary winding N1, the primary winding N1 ′, and the secondary winding N2. Will be. However, since this magnetic path has a gap G, a part of the magnetic flux leaks from the gap G, so that the degree of mutual magnetic coupling of the windings wound around this magnetic path is small (loose coupling). ). Since the secondary winding N2 is sandwiched between the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ and each winding is wound around the core material without passing through other windings, the primary winding is particularly The degree of coupling between the line N1 and the primary winding N1 ′ is small, the degree of coupling between the primary winding N1 and the secondary winding N2, and between the primary winding N1 ′ and the secondary winding N2. The degree of coupling is also small. That is, the degree of coupling between the windings is small. In this way, the overall structure of the converter transformer PIT is obtained.

このEE型コアの中央磁脚に対しては、1.6mm(ミリ・メータ)のギャップGを形成する。これによって、上述したように、各々の巻線は相互に疎結合とされ、1次巻線N1、1次巻線N1’および2次巻線N2に発生する磁束の一部は、他の巻線と鎖交しなくなり、この鎖交しない磁束の効果によってインダクタL1、インダクタL1’、インダクタL2を形成するようにしている。なお、ギャップGは、E型コアCR1およびE型コアCR2の中央磁脚を、2本の外磁脚よりも短くすることで形成している。コア材は、EER―35(コア材名称)とした。1次巻線N1の巻数および1次巻線N1’の巻数は各々が60T(ターン)の同一の巻数とされ、2次巻線N2の巻数は35Tとされ、1次巻線N1と1次巻線N1’との結合係数kの値は0.60とされ、1次巻線N1と2次巻線N2との結合係数kの値、および、1次巻線N1’と2次巻線N2との結合係数kの値は各々0.80とした。これによって、1次巻線N1と2次巻線N2、1次巻線N1’と2次巻線N2が疎結合であることによる、インダクタL1の値、インダクタL1’の値の各々は580μHであり、1次巻線N1と1次巻線N1’とが疎結合であることによって発生する、インダクタL1lの値、インダクタL1l’の値の各々は200μHであった。なお、背景技術として示す図23におけるコンバータトランスPITでは、1次巻線N1と1次巻線N1’との結合係数は0.98であり、この場合のインダクタL1lの値、インダクタL1l’の値の各々は小さいものである。   A gap G of 1.6 mm (millimeters) is formed with respect to the central magnetic leg of the EE type core. Accordingly, as described above, the respective windings are loosely coupled to each other, and a part of the magnetic flux generated in the primary winding N1, the primary winding N1 ′, and the secondary winding N2 is made to other windings. The inductor L1, the inductor L1 ′, and the inductor L2 are formed by the effect of the magnetic flux not interlinked with the line. The gap G is formed by making the central magnetic legs of the E-type core CR1 and the E-type core CR2 shorter than the two outer magnetic legs. The core material was EER-35 (core material name). The number of turns of the primary winding N1 and the number of turns of the primary winding N1 ′ are 60T (turns), and the number of turns of the secondary winding N2 is 35T. The value of the coupling coefficient k with the winding N1 ′ is 0.60, the value of the coupling coefficient k between the primary winding N1 and the secondary winding N2, and the primary winding N1 ′ and the secondary winding. The value of the coupling coefficient k with N2 was 0.80. As a result, the value of the inductor L1 and the value of the inductor L1 ′ are 580 μH due to the loose coupling between the primary winding N1 and the secondary winding N2, and the primary winding N1 ′ and the secondary winding N2. Yes, each of the value of the inductor L1l and the value of the inductor L1l ′ generated by the loose coupling between the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ was 200 μH. In the converter transformer PIT in FIG. 23 shown as the background art, the coupling coefficient between the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ is 0.98. In this case, the value of the inductor L1l and the value of the inductor L1l ′ Each is a small one.

第2実施形態では、第1実施形態におけるチョークコイルLo1は、独立した部品としてのチョークコイルPCCとして構成されており、チョークコイルPCCは、コンバータトランスPITに類似した構造を有する。図12にチョークコイルPCCの断面図を示すが、ボビンBは1つの巻装領域のみを有し、巻線Noが施されている。また、コアサイズとしてはEER−35よりも小型のEE―25(型番)であるコアCR4、コアCR5が採用され、ギャップGは0.8mmであり、チョークコイルPCCのインダクタンスの値としては200μHを得ている。この200μHの値は、インダクタL1lの値、インダクタL1l’の値と略等しい大きさのものとされている。   In the second embodiment, the choke coil Lo1 in the first embodiment is configured as a choke coil PCC as an independent component, and the choke coil PCC has a structure similar to the converter transformer PIT. FIG. 12 shows a cross-sectional view of the choke coil PCC. The bobbin B has only one winding region and is provided with a winding No. Also, cores CR4 and CR5, which are EE-25 (model number) smaller than EER-35, are adopted as the core size, the gap G is 0.8 mm, and the inductance value of the choke coil PCC is 200 μH. It has gained. The value of 200 μH is set to have a size approximately equal to the values of the inductor L1l and the inductor L1l ′.

1次側の接続態様について説明する。チョークコイルLo1は、1次側平滑コンデンサCiとコンバータトランスPITの1次巻線N1と1次巻線N1’のセンタータップとの間に接続され、コンバータトランスPITの1次巻線N1の端部はスイッチング素子Q1のドレインに接続され、コンバータトランスPITの1次巻線N1’の端部はスイッチング素子Q2のドレインに接続されている。そして、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2の各々のソースは1次側のグランドに接地されている。また、1次側電圧共振コンデンサC1はスイッチング素子Q1のドレインとソース間に並列に接続され、1次側電圧共振コンデンサC2はスイッチング素子Q2のドレインとソース間に並列に接続されている。   The connection mode on the primary side will be described. The choke coil Lo1 is connected between the primary side smoothing capacitor Ci, the primary winding N1 of the converter transformer PIT, and the center tap of the primary winding N1 ′, and the end of the primary winding N1 of the converter transformer PIT. Is connected to the drain of the switching element Q1, and the end of the primary winding N1 ′ of the converter transformer PIT is connected to the drain of the switching element Q2. The sources of the switching element Q1 and the switching element Q2 are grounded to the primary side ground. The primary side voltage resonance capacitor C1 is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q1, and the primary side voltage resonance capacitor C2 is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2.

また、スイッチング素子Q1のゲートおよびスイッチング素子Q1のゲートには発振・ドライブ回路2の出力が接続されている。発振・ドライブ回路2は、制御回路1からの出力に応じてスイッチング素子Q1のゲートおよびスイッチング素子Q2のゲートを駆動する。   The output of the oscillation / drive circuit 2 is connected to the gate of the switching element Q1 and the gate of the switching element Q1. The oscillation / drive circuit 2 drives the gate of the switching element Q1 and the gate of the switching element Q2 according to the output from the control circuit 1.

2次側の接続態様について説明する。コンバータトランスPITの2次巻線N2に対して2次側整流素子Doを接続している。この2次側整流素子Doは高速スイッチングダイオードDo1ないし高速スイッチングダイオードDo4をブリッジ接続して構成されており、2次側整流素子Doの出力側には2次側平滑コンデンサCoが接続されている。そして、2次側平滑コンデンサCoの両端から負荷に供給する電圧である出力直流電圧Eoを得ている。ここで、出力直流電圧Eoの値は175V(ボルト)とした。   The connection mode on the secondary side will be described. A secondary side rectifying element Do is connected to the secondary winding N2 of the converter transformer PIT. The secondary side rectifying element Do is configured by bridge-connecting high speed switching diodes Do1 to Do4, and a secondary side smoothing capacitor Co is connected to the output side of the secondary side rectifying element Do. An output DC voltage Eo that is a voltage supplied to the load from both ends of the secondary side smoothing capacitor Co is obtained. Here, the value of the output DC voltage Eo was 175 V (volts).

制御回路1は、2次側平滑コンデンサCoにその入力側を接続されており、入力された出力直流電圧Eoと所定の値の基準電圧値との差に応じた検出出力(誤差電圧)を発振・ドライブ回路2に供給する。   The control circuit 1 has its input side connected to the secondary side smoothing capacitor Co, and oscillates a detection output (error voltage) corresponding to the difference between the input output DC voltage Eo and a predetermined reference voltage value. Supply to the drive circuit 2

このようなプッシュプルコンバータでは、主としてチョークコイルPCC、インダクタL1lおよびインダクタL1と1次側電圧共振コンデンサC1とによって第1の1次側電圧共振回路が形成される。ここで、主としてとは、これらの部品の特性、すなわち、チョークコイルPCCのインダクタンスおよびインダクタL1のインダクタンスと1次側電圧共振コンデンサC1のキャパシタンスとによって第1の1次側電圧共振回路の共振の周波数が概ね定まることを言うものである。例えば、1次側平滑コンデンサCiのキャパシタンス等も共振周波数に影響を与えるがその影響は無視できる程度ものであるので、第1の1次側電圧共振回路を形成する要素としてはいない。   In such a push-pull converter, a first primary voltage resonance circuit is mainly formed by the choke coil PCC, the inductor L1l, the inductor L1, and the primary voltage resonance capacitor C1. Here, mainly means the resonance frequency of the first primary side voltage resonance circuit by the characteristics of these components, that is, the inductance of the choke coil PCC and the inductance of the inductor L1 and the capacitance of the primary side voltage resonance capacitor C1. It is said that is generally determined. For example, the capacitance of the primary side smoothing capacitor Ci influences the resonance frequency, but the influence is negligible. Therefore, it is not used as an element for forming the first primary side voltage resonance circuit.

また、主としてチョークコイルPCC、インダクタL1l’およびインダクタL1’と1次側電圧共振コンデンサC2とによって第2の1次側電圧共振回路が形成される。すなわち、チョークコイルPCCのインダクタンス、インダクタL1lのインダクタンスおよびインダクタL1’のインダクタンスと1次側電圧共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって第2の1次側電圧共振回路の共振の周波数が概ね定まるので、1次側平滑コンデンサCi等は第2の1次側電圧共振回路を形成する要素としてはいない。第1の1次側電圧共振回路の共振周波数と第2の1次側電圧共振回路の共振周波数とは略等しくなるように各々が周波数fo1に設定される。   Further, a second primary side voltage resonance circuit is mainly formed by the choke coil PCC, the inductor L1l ', the inductor L1', and the primary side voltage resonance capacitor C2. That is, the resonance frequency of the second primary side voltage resonance circuit is generally determined by the inductance of the choke coil PCC, the inductance of the inductor L1l, the inductance of the inductor L1 ′, and the capacitance of the primary side voltage resonance capacitor C2. The side smoothing capacitor Ci or the like is not an element forming the second primary side voltage resonance circuit. Each is set to the frequency fo1 so that the resonance frequency of the first primary side voltage resonance circuit and the resonance frequency of the second primary side voltage resonance circuit are substantially equal.

また、主として、インダクタL2のインダクタンスと2次側電圧共振コンデンサC3のキャパシタンスとによって2次側電圧共振回路が形成され、共振周波数は周波数fo2に設定される。ここで、主としてとは上述したと同様に、例えば、2次側インダクタLo2等も共振周波数に影響を与えるがその影響は無視できる程度ものであるので、2次側電圧共振回路を形成する要素としてはいない。周波数fo1と周波数fo2との関係は、図3に示すように、周波数fo2の値は周波数fo1の略2/3以下に設定される。ここで、2次側インダクタLo2の値は数μH以下、例えば3.3μHとされ、インダクタL2のインダクタンスの値に較べて非常に小さなものである。したがって、2次側インダクタLo2は2次側電圧共振回路を構成する要素となるものの、2次側電圧共振回路の共振周波数にほとんど影響を与えるものではない。   Also, a secondary side voltage resonance circuit is formed mainly by the inductance of the inductor L2 and the capacitance of the secondary side voltage resonance capacitor C3, and the resonance frequency is set to the frequency fo2. Here, mainly as in the case described above, for example, the secondary side inductor Lo2 and the like also affect the resonance frequency, but the effect is negligible, so that as an element forming the secondary side voltage resonance circuit No. As shown in FIG. 3, the relationship between the frequency fo1 and the frequency fo2 is such that the value of the frequency fo2 is set to approximately 2/3 or less of the frequency fo1. Here, the value of the secondary inductor Lo2 is set to several μH or less, for example, 3.3 μH, which is very small as compared with the inductance value of the inductor L2. Therefore, although the secondary side inductor Lo2 becomes an element constituting the secondary side voltage resonance circuit, it hardly affects the resonance frequency of the secondary side voltage resonance circuit.

2次側インダクタLo2の奏する作用は、第1実施形態に示すと全く同等であり、2次側インダクタLo2を設けない場合、すなわち、2次側インダクタLo2に替えて導線を用いる場合には、電流I3(図10を参照)と電流I4(図10を参照)とに、例えば、1.5MHz(メガ・ヘルッ)のリンギングが生じる。このリンギングは周波数が高いので、ノイズ成分としては有害なものである。例えば、交流電源AC側、また、DC−DCコンバータとしてスイッチング電源回路が構成される場合には、入力DC側にこのノイズが漏れ、他の機器の動作に悪影響を与える。このようなリンギングが発生する原因は、上述したように、2次側平滑コンデンサCoに存する等価インダクタンス(ESL)にあるが、透過インダクタンスと2次側インダクタLo2とを直列に接続することによって、この1.5Mhzのリンギングは消滅する。   The effect of the secondary inductor Lo2 is exactly the same as that shown in the first embodiment. When the secondary inductor Lo2 is not provided, that is, when a conductor is used instead of the secondary inductor Lo2, For example, ringing of 1.5 MHz (mega hertz) occurs in I3 (see FIG. 10) and current I4 (see FIG. 10). Since this ringing has a high frequency, it is harmful as a noise component. For example, when a switching power supply circuit is configured as an AC power supply AC side or a DC-DC converter, this noise leaks to the input DC side, which adversely affects the operation of other devices. As described above, the cause of such ringing is the equivalent inductance (ESL) existing in the secondary side smoothing capacitor Co. By connecting the transmission inductance and the secondary side inductor Lo2 in series, this ringing occurs. The 1.5 Mhz ringing disappears.

ここで、1次側電圧共振コンデンサC1のキャパシタンスの値、および1次側電圧共振コンデンサC2のキャパシタンスの値は3300pF(ピコ・ファラッド)、2次側電圧共振コンデンサC3のキャパシタンスの値は0.068μF(マイクロ・ファラッド)とした。このときの、周波数fo1の値は99.3kHzであり、周波数fo2の値は52.7kHzであった。   Here, the capacitance value of the primary side voltage resonance capacitor C1 and the capacitance value of the primary side voltage resonance capacitor C2 are 3300 pF (Pico Farad), and the capacitance value of the secondary side voltage resonance capacitor C3 is 0.068 μF. (Micro Farad). At this time, the value of the frequency fo1 was 99.3 kHz, and the value of the frequency fo2 was 52.7 kHz.

次に上述した構成を有するスイッチング電源回路の動作について説明をする。このようなプッシュプルコンバータの基本動作原理は、公知技術である多重共振コンバータとしての動作をするものであるが、以下の特徴を有している。   Next, the operation of the switching power supply circuit having the above-described configuration will be described. The basic operation principle of such a push-pull converter operates as a multi-resonance converter, which is a known technique, and has the following characteristics.

スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との時比率を1以上として最大負荷時においては、例えば2以上となるように選定する。このような設定とすることによって、図23において必要とされたチョークコイルLo20は削除することができるようになった。すなわち、チョークコイルLo20を具備しない場合においても、2次巻線N2に流れる共振電流である電流I2は正弦波となり、2次側電圧共振コンデンサC3の両端に発生する電圧V4も正弦波となり、高速スイッチングダイオードDo1ないし高速スイッチングダイオードDo4の導通角は拡大する。また、2次側インダクタLo2はリンギングを消滅させるためのものであるので、2次側インダクタLo2インダクタンス値はチョークコイルLo20のインダクタンス値よりも小さいものとでき、装置の小型化が図れる。   The duty ratio between the switching element Q1 and the switching element Q2 is set to 1 or more, and is selected to be 2 or more at the maximum load, for example. With this setting, the choke coil Lo20 required in FIG. 23 can be deleted. That is, even when the choke coil Lo20 is not provided, the current I2, which is the resonance current flowing through the secondary winding N2, becomes a sine wave, and the voltage V4 generated at both ends of the secondary side voltage resonance capacitor C3 also becomes a sine wave. The conduction angle of the switching diode Do1 to the high-speed switching diode Do4 increases. Further, since the secondary side inductor Lo2 is for eliminating ringing, the inductance value of the secondary side inductor Lo2 can be made smaller than the inductance value of the choke coil Lo20, and the apparatus can be miniaturized.

さらに、1次巻線N1と1次巻線N1’とを疎結合とすることによって、インダクタL1lおよびインダクタL1’を得て、チョークコイルPCCに要求されるインダクタンス値の一部をこのインダクタL1lおよびインダクタL1’で発生するインダクタンス値で補うことができ、これによって、チョークコイルPCCを小型化できる。   Further, by making the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ loosely coupled, an inductor L1l and an inductor L1 ′ are obtained, and a part of the inductance value required for the choke coil PCC is obtained by the inductor L1l and the inductor L1l. The choke coil PCC can be reduced in size by compensating for the inductance value generated by the inductor L1 ′.

また、1次側電圧共振コンデンサC1をスイッチング素子Q1に並列に接続し、1次側電圧共振コンデンサC2をスイッチング素子Q2に並列に接続することによって、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との各々がオフとなる時間である時間TOFFに1次側電圧共振コンデンサC1、1次側電圧共振コンデンサC2に流れる1次側の共振電流と、2次側電圧共振コンデンサC3とに流れる電流である電流I4の位相を同じにする効果があり、スイッチング素子Q1のボディダイオードDD1、スイッチング素子Q2のボディダイオードDD2の導通角が拡大してZVS動作がより確実なものとなる。   Also, each of the switching element Q1 and the switching element Q2 is turned off by connecting the primary side voltage resonant capacitor C1 in parallel to the switching element Q1 and connecting the primary side voltage resonant capacitor C2 in parallel to the switching element Q2. The phase of the primary side resonant current C1 that flows through the primary side voltage resonant capacitor C2 and the current I4 that is the current that flows through the secondary side voltage resonant capacitor C3 at the time TOFF that is And the conduction angle of the body diode DD1 of the switching element Q1 and the body diode DD2 of the switching element Q2 is enlarged, and the ZVS operation is more reliable.

また、図13に示すように、出力直流電圧Eoを175Vとする場合における重負荷時に対応する周波数fsの値と負荷が零のときに対応する周波数fsの値との範囲である可変周波数範囲Δfsの値を非常に小さくすることができる。   As shown in FIG. 13, when the output DC voltage Eo is set to 175 V, the variable frequency range Δfs, which is a range between the value of the frequency fs corresponding to heavy load and the value of the frequency fs corresponding to zero load. The value of can be made very small.

図13は、入力交流電圧VACが100Vにおける負荷電力Poの値が、0W(無負荷)から300Wの範囲での負荷変動に対する電力変換効率ηAC→DC、周波数fs、時間TON、時間TOFFの各々を示している。   FIG. 13 shows the values of power conversion efficiency ηAC → DC, frequency fs, time TON, and time TOFF for load fluctuations when the input AC voltage VAC is 100 V and the load power Po is 0 W (no load) to 300 W. Show.

図14に、スイッチング周期における各部の動作波形を示す。このときの負荷電力は300W、入力交流電圧は100Vである。図14の上段から順に、スイッチング素子Q1のドレイン電圧である電圧V1(図10を参照)、スイッチング素子Q1のドレイン電流である電流IQ1(図10を参照)、スイッチング素子Q2のドレイン電圧である電圧V2(図10を参照)、スイッチング素子Q2のドレイン電流である電流IQ2(図10を参照)、2次巻線N2に流れる電流である電流I2(図10を参照)、2次側電圧共振コンデンサC3に流れる電流である電流I3(図10を参照)、2次巻線N2の両端の電圧である電圧V3(図10を参照)、2次側整流素子Doの入力側に流れる電流である電流I4(図10を参照)の各々を示すものである。   FIG. 14 shows an operation waveform of each part in the switching period. The load power at this time is 300 W, and the input AC voltage is 100V. In order from the top of FIG. 14, voltage V1 (see FIG. 10) that is the drain voltage of switching element Q1, current IQ1 (see FIG. 10) that is the drain current of switching element Q1, and voltage that is the drain voltage of switching element Q2 V2 (see FIG. 10), current IQ2 (see FIG. 10) which is the drain current of the switching element Q2, current I2 (see FIG. 10) which is the current flowing in the secondary winding N2, secondary side voltage resonance capacitor A current I3 that flows through C3 (see FIG. 10), a voltage V3 that operates across the secondary winding N2 (see FIG. 10), and a current that flows through the input side of the secondary rectifier Do. Each of I4 (refer FIG. 10) is shown.

図15に、スイッチング周期における各部の動作波形を示す。このときの負荷電力は0W、入力交流電圧は100Vである。図15の上段から順に、電圧V1、電流IQ1、電圧V2、電流IQ2、電流I2、電流I3、電圧V3、電流I4の各々を示すものである。   FIG. 15 shows an operation waveform of each part in the switching period. The load power at this time is 0 W, and the input AC voltage is 100V. Each of the voltage V1, the current IQ1, the voltage V2, the current IQ2, the current I2, the current I3, the voltage V3, and the current I4 is shown in order from the top of FIG.

図10に示すスイッチング電源回路について以下のことが明らかになる。負荷電力Poの値が0Wから300Wの範囲でZVS動作となっている。また、負荷電力Poの値が100W付近の中間負荷で周波数fsは変曲点を有している。負荷電力Poが300Wにおける電力変換効率ηAC→DCの値は91.8%である。ここで、EE−25のコア材を用いインダクタンス値が400μHのチョークコイルPCCを用いる場合の300Wにおける電力変換効率ηAC→DCの値に比べて、0.4%効率が向上している。これは、チョークコイルPCCに要求されるインダクタンス値が小さいもので良いために、リッツ線で構成された巻線Noの巻数を減らすことによって、銅損と鉄損とを減少させた結果として得られる効果である。上述したように、チョークコイルPCCのインダクタンスの値を200μHとできたのは、1次巻線N1と1次巻線N1’とを疎結合として、漏れインダクタとして形成されるインダクタL1lおよびインダクタL1l’の各々のインダクタンス値を200μHとしたためである。   The following becomes clear about the switching power supply circuit shown in FIG. The ZVS operation is performed when the value of the load power Po is in the range of 0 W to 300 W. Further, the frequency fs has an inflection point at an intermediate load in which the value of the load power Po is around 100 W. The value of power conversion efficiency ηAC → DC when the load power Po is 300 W is 91.8%. Here, the efficiency is improved by 0.4% compared with the value of power conversion efficiency ηAC → DC at 300 W when the choke coil PCC having an inductance value of 400 μH is used using the core material of EE-25. This is obtained as a result of reducing the copper loss and the iron loss by reducing the number of turns of the winding No. composed of the litz wire because the inductance value required for the choke coil PCC may be small. It is an effect. As described above, the inductance value of the choke coil PCC can be set to 200 μH because the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ are loosely coupled, and the inductor L1l and the inductor L1l ′ formed as leakage inductors. This is because each inductance value is set to 200 μH.

図10に示すスイッチング電源回路は以下の利点を有している。   The switching power supply circuit shown in FIG. 10 has the following advantages.

背景技術に示す電圧共振プッシュプルコンバータのfs制御は負荷電力Poが100W以下に限定されていた。一方、図10に示すスイッチング電源回路は電圧共振プッシュプルコンバータを用いるものであるが、コンバータトランスPITを疎結合とし、2次側に電圧共振回路を組み合わせて多重共振形コンバータとして構成することによって、負荷電力Poの大きさが300W以上の重負荷から無負荷の範囲でfs制御(スイッチング周波数である周波数fsを変化させて出力直流電圧Eoを変化させる制御)が可能となる。   In the fs control of the voltage resonance push-pull converter shown in the background art, the load power Po is limited to 100 W or less. On the other hand, the switching power supply circuit shown in FIG. 10 uses a voltage resonance push-pull converter, but is configured as a multiple resonance type converter by combining the converter transformer PIT with a loose coupling and a voltage resonance circuit on the secondary side. It is possible to perform fs control (control to change the output DC voltage Eo by changing the frequency fs, which is a switching frequency) in a range from a heavy load of 300 W or more to a no load.

1次巻線N1と1次巻線N1’とを疎結合として、漏れインダクタとして形成されるインダクタL1lおよびインダクタL1l’によってチョークコイルPCCのインダクタンス値を小さなものとして、チョークコイルPCCにおける損失を低減した。また、図11に示すように、1次巻線N1、2次巻線N2、1次巻線N1’の各々を一列配置することによって、1次巻線N1と1次巻線N1’との各々の長さを等しいものとして、第1の1次側共振回路の動作と第2の1次側共振回路の動作とをバランスが良いものとできる。   Loss in the choke coil PCC is reduced by loosely coupling the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ and reducing the inductance value of the choke coil PCC by the inductor L1l and the inductor L1l ′ formed as leakage inductors. . Further, as shown in FIG. 11, the primary winding N1, the primary winding N2, and the primary winding N1 ′ are arranged in a row so that the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ Assuming that each length is equal, the operation of the first primary side resonance circuit and the operation of the second primary side resonance circuit can be well balanced.

2次側インダクタLo2を設けることよって、2次側電圧共振コンデンサC3に従来は流れていたリンギング電流が流れなくなり、動作波形が滑らかな正弦波形状となってノイズの発生が低減した。   By providing the secondary side inductor Lo2, the ringing current that has been flowing in the secondary side voltage resonant capacitor C3 no longer flows, the operation waveform becomes a smooth sine wave shape, and the generation of noise is reduced.

2次側に電圧共振回路を付加することによって、背景技術において用いたチョークコイルLo20を削除しても、この2次側の電圧共振回路から正弦波電圧を得ることができる。ここで、2次側インダクタLo2は、リンギングを防止するためのものであり、背景技術において用いたチョークコイルLo20に較べるとそのインダクタンスの値は、例えば、チョークコイルLo20のインダクタンスの値の1/100程度であり、その形状とコストは、大きく異なりチョークコイルLo20に較べると2次側インダクタLo2は小さく、かつ、廉価なものとできる。   By adding a voltage resonance circuit to the secondary side, a sine wave voltage can be obtained from the voltage resonance circuit on the secondary side even if the choke coil Lo20 used in the background art is deleted. Here, the secondary inductor Lo2 is for preventing ringing, and its inductance value is, for example, 1/100 of the inductance value of the choke coil Lo20 as compared to the choke coil Lo20 used in the background art. The shape and cost are greatly different, and the secondary inductor Lo2 is smaller and less expensive than the choke coil Lo20.

図16は、図10に示すスイッチング電源回路の変形例である。   FIG. 16 is a modification of the switching power supply circuit shown in FIG.

図16のスイッチング電源回路の1次側は、1次側電圧共振コンデンサC1および1次側電圧共振コンデンサC2に替えて、1次側電圧共振コンデンサが、1次側電圧共振コンデンサC1として第1の1次巻線N1および第2の1次巻線N1’の両端に並列に接続されることを特徴とするものである。   The primary side of the switching power supply circuit of FIG. 16 is replaced with the primary side voltage resonance capacitor C1 and the primary side voltage resonance capacitor C2, and the primary side voltage resonance capacitor is used as the primary side voltage resonance capacitor C1. The first and second primary windings N1 and N1 ′ are connected in parallel to both ends of the primary winding N1 and the second primary winding N1 ′.

図16のスイッチング電源回路の2次側は、2次巻線N2と2次巻線N2’の接続点をセンタータップとし、2次巻線N2と2次巻線N2’の端部に2次側電圧共振コンデンサC3を接続し、両波整流のための高速スイッチングダイオードDo1と高速スイッチングダイオードDo2とを有する両波整流回路として2次側を構成するものである。また、2次巻線N2と2次巻線N2’とは加極性となるように巻回されているので、2次側電圧共振回路を形成する2次巻線N2と2次巻線N2’の端部に生じる2次側電圧共振回路を構成するインダクタンスの値は図10に示す回路におけるインダクタンスの値よりも大きくなり、この分だけ2次側電圧共振コンデンサC3のキャパシタンスを小さくできる。高速スイッチングダイオードDo1と高速ダイオードDo2との出力側の接続点に2次側インダクタLo2は接続されており、これによってリンギングは消滅させられる。   The secondary side of the switching power supply circuit of FIG. 16 has a connection point between the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ as a center tap and a secondary at the end of the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′. The secondary side is configured as a double-wave rectifier circuit having a high-speed switching diode Do1 and a high-speed switching diode Do2 for both-wave rectification connected to the side voltage resonant capacitor C3. Further, since the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ are wound so as to have a positive polarity, the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ forming the secondary side voltage resonance circuit The value of the inductance constituting the secondary side voltage resonance circuit generated at the end of the capacitor becomes larger than the inductance value in the circuit shown in FIG. 10, and the capacitance of the secondary side voltage resonance capacitor C3 can be reduced by this amount. The secondary-side inductor Lo2 is connected to the output-side connection point between the high-speed switching diode Do1 and the high-speed diode Do2, thereby eliminating the ringing.

図10または図16に示すスイッチング電源回路は、また、第1実施形態の説明における図8に示すと同様の2次側回路を用いることができる。図8では、2次側は倍電圧全波整流回路を構成している。すなわち、2次側平滑コンデンサCo1に直流電圧が保持され、この電圧が2次側平滑コンデンサCo2の電圧と加算されることによって、2次巻線N2または2次巻線N2’の両端から得られる電圧の2倍の電圧が出力直流電圧Eoとして得られるようになされている。高速スイッチングダイオードDo1と高速ダイオードDo2との出力側の接続点に2次側インダクタLo2は接続されており、これによってリンギングは消滅させられる。   As the switching power supply circuit shown in FIG. 10 or FIG. 16, a secondary side circuit similar to that shown in FIG. 8 in the description of the first embodiment can be used. In FIG. 8, the secondary side forms a voltage doubler full wave rectifier circuit. That is, a DC voltage is held in the secondary side smoothing capacitor Co1, and this voltage is added to the voltage of the secondary side smoothing capacitor Co2, thereby being obtained from both ends of the secondary winding N2 or the secondary winding N2 ′. A voltage twice the voltage is obtained as the output DC voltage Eo. The secondary-side inductor Lo2 is connected to the output-side connection point between the high-speed switching diode Do1 and the high-speed diode Do2, thereby eliminating the ringing.

図10または図16に示すスイッチング電源回路は、また、第1実施形態の説明における図9に示すと同様の2次側回路を用いることができる。図9では、2次側は倍電圧半波整流回路を用いるものである。図8に示す倍電圧全波整流回路の半分の部分が用いられている。このように倍電圧半波整流回路を用いる場合にも図10に示すスイッチング電源回路の有する基本的な利点はそのまま維持できる。高速スイッチングダイオードDo1に2次側インダクタLo2が接続され、高速ダイオードDo2に2次側インダクタLo2’が接続され、これによってリンギングは消滅させられる。   The switching power supply circuit shown in FIG. 10 or FIG. 16 can also use a secondary side circuit similar to that shown in FIG. 9 in the description of the first embodiment. In FIG. 9, the secondary side uses a voltage doubler half-wave rectifier circuit. Half of the voltage doubler full wave rectifier circuit shown in FIG. 8 is used. Thus, even when the voltage doubler half-wave rectifier circuit is used, the basic advantage of the switching power supply circuit shown in FIG. 10 can be maintained as it is. The secondary-side inductor Lo2 is connected to the high-speed switching diode Do1, and the secondary-side inductor Lo2 'is connected to the high-speed diode Do2, thereby eliminating the ringing.

第3実施形態のスイッチング電源回路について、図17ないし図22を参照して説明する。   A switching power supply circuit according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.

第3実施形態のスイッチング電源回路は、1次側直流電力を交流電力に変換し、さらに2次側直流電力に変換するスイッチング電源回路であって、1次側直流電力が供給されるセンタータップによって1次巻線N1と1次巻線N1に疎結合とされる1次巻線N1’とが分離されて形成される1次巻線と、1次巻線N1および1次巻線N1’の各々と磁気的に疎結合とされる2次巻線N2と、を有するコンバータトランスと、1次巻線N1の端部に接続されるスイッチング素子Q1および1次巻線N1’の端部に接続されるスイッチング素子Q2と、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2をオン・オフ駆動する発振・ドライブ回路2と、1次巻線N1および1次巻線N1’の各々に生じるインダクタとともに1次側電圧共振回路を形成するスイッチング素子Q1に並列接続される1次側電圧共振コンデンサC1およびスイッチング素子Q2に並列接続される1次側電圧共振コンデンサC2(または、スイッチング素子Q1のドレインとスイッチング素子Q2のドレインとに接続される1次側電圧共振コンデンサC1)と、2次巻線N2に生じるインダクタとともに2次側電圧共振回路を形成するように2次巻線N2に並列接続される、2次側電圧共振コンデンサC3と、2次側共振回路に入力側が接続される2次側整流素子Do(または、高速スイッチングダイオードDo1ないし高速スイッチングダイオードDo4)と、2次側整流素子Doの出力側に接続されて平滑された出力直流電圧Eoを得るようにされる2次側平滑コンデンサCo(または、2次側平滑コンデンサCo1および2次側平滑コンデンサCo2)と、出力直流電圧Eoの値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を前記発振・ドライブ回路2に供給する制御回路1と、を備え、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2のオンとオフとの比率である時比率が各々1以上に設定される。以下、より詳細について説明するが、第1実施形態と同一の構成を有し、同一の作用を奏する部分には第1実施形態におけると同様の符号を付して、その説明を一部省略する。   The switching power supply circuit according to the third embodiment is a switching power supply circuit that converts primary side DC power into AC power and further converts it into secondary side DC power, and is provided by a center tap to which primary side DC power is supplied. A primary winding formed by separating a primary winding N1 and a primary winding N1 ′ that is loosely coupled to the primary winding N1, and a primary winding N1 and a primary winding N1 ′ A converter transformer having a secondary winding N2 that is magnetically loosely coupled to each other, and a switching element Q1 connected to an end of the primary winding N1 and an end of the primary winding N1 ′ Primary side voltage resonance together with the switching element Q2, the oscillation / drive circuit 2 for driving the switching element Q1 and the switching element Q2 on and off, and the inductors generated in the primary winding N1 and the primary winding N1 ′, respectively. Circuit Primary side voltage resonance capacitor C1 connected in parallel to switching element Q1 and primary side voltage resonance capacitor C2 connected in parallel to switching element Q2 (or connected to the drain of switching element Q1 and the drain of switching element Q2) Primary side voltage resonance capacitor C1) and secondary side voltage resonance capacitor C3 connected in parallel to the secondary winding N2 so as to form a secondary side voltage resonance circuit together with an inductor generated in the secondary winding N2. The secondary side rectifying element Do (or the high speed switching diode Do1 to the high speed switching diode Do4) whose input side is connected to the secondary side resonance circuit and the output side of the secondary side rectifying element Do are smoothed. The secondary side smoothing capacitor Co (or the secondary side smoothing capacitor) adapted to obtain the output DC voltage Eo. And a control circuit 1 for supplying a control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage Eo is a predetermined value to the oscillation / drive circuit 2. In addition, each of the time ratios, which is the ratio of ON and OFF of the switching element Q1 and the switching element Q2, is set to 1 or more. In the following, the details will be described, but parts having the same configuration as in the first embodiment and having the same functions are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment, and a part of the description is omitted. .

図17に示すスイッチング電源回路の交流電源AC側から2次側に至るまでを順に説明する。   The steps from the AC power supply AC side to the secondary side of the switching power supply circuit shown in FIG.

スイッチング電源回路は、アクロスラインコンデンサCL1、コモンモードチョークコイルCMC、アクロスラインコンデンサCL2を有するコモンモードフィルタを有している。このコモンモードフィルタの入力側であるアクロスラインコンデンサCL1には、例えば、図示しないプラグが電源スイッチおよびヒューズを介して接続され、交流電源ACと接続されたコンセントにこのプラグを挿入することによって交流電力がスイッチング電源回路に供給されるようになされている。ここで、交流電源ACの電圧である入力交流電圧VACの値は85Vから144Vの範囲とされている。   The switching power supply circuit has a common mode filter having an across line capacitor CL1, a common mode choke coil CMC, and an across line capacitor CL2. For example, a plug (not shown) is connected to the across-line capacitor CL1 on the input side of the common mode filter via a power switch and a fuse, and the AC power is obtained by inserting the plug into an outlet connected to the AC power supply AC. Is supplied to the switching power supply circuit. Here, the value of the input AC voltage VAC, which is the voltage of the AC power supply AC, is in the range of 85V to 144V.

コモンモードフィルタの出力側(アクロスラインコンデンサCL2の側)は1次側整流素子Diの入力側であるダイオードDi1のアノードとダイオードDi2のカソードとの接続点およびダイオードDi3のアノードとダイオードDi4のカソードとの接続点に接続されている。   The output side of the common mode filter (the side of the across-line capacitor CL2) is the connection point between the anode of the diode Di1 and the cathode of the diode Di2 that are the input side of the primary side rectifier element Di, Connected to the connection point.

1次側整流素子Diの出力側であるダイオードDi1のカソードとダイオードDi3のカソードとの接続点には1次側平滑コンデンサCiの正側の端子が接続され、ダイオードDi2のアノードとダイオードDi4のアノードとの接続点には1次側平滑コンデンサCiの負側の端子が接続されている。このようにして1次側整流平滑回路が形成され1次側平滑コンデンサの両端から直流電圧がプッシュプルコンバータに供給されるようになされている。   The positive side terminal of the primary side smoothing capacitor Ci is connected to the connection point between the cathode of the diode Di1 which is the output side of the primary side rectifying element Di and the cathode of the diode Di3, and the anode of the diode Di2 and the anode of the diode Di4 Is connected to the negative terminal of the primary smoothing capacitor Ci. In this way, the primary side rectifying and smoothing circuit is formed, and a DC voltage is supplied to the push-pull converter from both ends of the primary side smoothing capacitor.

プッシュプルコンバータは、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2、1次側電圧共振コンデンサC1、1次側電圧共振コンデンサC2、制御回路1、発振・ドライブ回路2、コンバータトランスPIT、2次側電圧共振コンデンサC3、2次側整流素子Do、2次側平滑コンデンサCoを備えている。   The push-pull converter includes a switching element Q1 and a switching element Q2, a primary side voltage resonance capacitor C1, a primary side voltage resonance capacitor C2, a control circuit 1, an oscillation / drive circuit 2, a converter transformer PIT, and a secondary side voltage resonance capacitor C3. A secondary side rectifying element Do and a secondary side smoothing capacitor Co are provided.

スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とはMOS−FETとされ、ボディダイオードDD1およびボディダイオードDD2は、MOS―FETの製造のプロセスにおいて形成されるダイオードである。ここで、MOS−FETの仕様としては、5A/900Vとした。   Switching element Q1 and switching element Q2 are MOS-FETs, and body diode DD1 and body diode DD2 are diodes formed in the process of manufacturing a MOS-FET. Here, the specification of the MOS-FET is 5A / 900V.

コンバータトランスPITは、1次側と2次側とを絶縁するとともに電圧の変換を行う機能を有するが、さらに、1次側と2次側とに生じる漏れインダクタである、インダクタL1、インダクタL1’およびインダクタL2としても機能し、また、さらに、1次巻線N1と1次巻線N1’とに生じる漏れインダクタンスである、インダクタL1lおよびインダクタL1l’としても機能する。ここで、各々のインダクタは、コンバータトランスPITによって形成される漏れインダクタである。   The converter transformer PIT has a function of insulating the primary side and the secondary side and performing voltage conversion, and further includes an inductor L1 and an inductor L1 ′ that are leakage inductors generated on the primary side and the secondary side. It also functions as an inductor L2 and also functions as an inductor L1l and an inductor L1l ′, which are leakage inductances generated in the primary winding N1 and the primary winding N1 ′. Here, each inductor is a leakage inductor formed by the converter transformer PIT.

図18に示す第2実施形態において使用するコンバータトランスPITは、図2と同様に、フェライト材によるE型コアCR1とE型コアCR2とを互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コアを備える。EE型コアは、E型コアCR1とE型コアCR2とで形成される2つの外側磁脚とこの外側磁脚よりも長さが短くギャップGを有する中央磁脚とから成るようにされている。そして、2次巻線N2を中央磁脚に巻回し、1次巻線N1を外部磁脚の一方に巻回し、1次巻線N1’を外部磁脚の他方に巻回している。   As in FIG. 2, the converter transformer PIT used in the second embodiment shown in FIG. 18 is an EE type core in which an E type core CR1 and an E type core CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other. Is provided. The EE type core includes two outer magnetic legs formed by the E type core CR1 and the E type core CR2 and a central magnetic leg having a gap G shorter than the outer magnetic legs. . The secondary winding N2 is wound around the central magnetic leg, the primary winding N1 is wound around one of the external magnetic legs, and the primary winding N1 'is wound around the other external magnetic leg.

1次巻線N1を外部磁脚の一方に巻回し、1次巻線N1’を外部磁脚の他方に巻回していることによって、一方の外部磁脚に生じる磁束の一部は他方の外部磁脚を通過することなく、中央磁脚を短絡して通過する。この結果として、1次巻線N1と1次巻線N1’との磁気的な結合係数は、0.3程度の疎結合となされている。また、このEE型コアの中央磁脚に対しては、1.6mm(ミリ・メータ)のギャップGを形成する。これによって、1次側と2次側との結合係数kの値としては、0.41程度の疎結合とされている。なお、ギャップGは、E型コアCR1およびE型コアCR2の中央磁脚を、2本の外磁脚よりも短くすることで形成している。コア材は、EER―35(コア材名称)とした。1次巻線N1の巻数および1次巻線N1’の巻数は各々が75T(ターン)の同一の巻数とされ、2次巻線N2の巻数は42Tとされている。   By winding the primary winding N1 around one of the external magnetic legs and winding the primary winding N1 'around the other of the external magnetic legs, a part of the magnetic flux generated at one of the external magnetic legs is part of the other external magnetic leg. The central magnetic leg is short-circuited without passing through the magnetic leg. As a result, the magnetic coupling coefficient between the primary winding N1 and the primary winding N1 'is a loose coupling of about 0.3. A gap G of 1.6 mm (millimeters) is formed with respect to the central magnetic leg of the EE type core. As a result, the value of the coupling coefficient k between the primary side and the secondary side is a loose coupling of about 0.41. The gap G is formed by making the central magnetic legs of the E-type core CR1 and the E-type core CR2 shorter than the two outer magnetic legs. The core material was EER-35 (core material name). The number of turns of the primary winding N1 and the number of turns of the primary winding N1 'are respectively the same number of turns of 75T (turns), and the number of turns of the secondary winding N2 is 42T.

これによって、1次巻線N1と2次巻線N2、1次巻線N1’と2次巻線N2が疎結合であることによる、インダクタL1の値、インダクタL1’の値の各々は545μHであり、1次巻線N1と1次巻線N1’とが疎結合であることによる、インダクタL1lの値、インダクタL1l’の値の各々は455μHであり、インダクタL2の値は233μH、さらに、1次巻線N1と1次巻線N1’とが疎結合であることによって生じる2次巻線に発生するインダクタL2lの値は195μHであった。なお、比較例である背景技術として示す図23におけるコンバータトランスPITでは、1次巻線N1と1次巻線N1’との結合係数は0.98であり、この場合のインダクタL1lの値、インダクタL1l’の値の各々は小さいものである。   As a result, the value of the inductor L1 and the value of the inductor L1 ′ are 545 μH due to the loose coupling between the primary winding N1 and the secondary winding N2, and the primary winding N1 ′ and the secondary winding N2. Yes, each of the value of the inductor L1l and the value of the inductor L1l ′ due to the loose coupling of the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ is 455 μH, the value of the inductor L2 is 233 μH, and 1 The value of the inductor L2l generated in the secondary winding generated by the loose coupling between the secondary winding N1 and the primary winding N1 ′ was 195 μH. In the converter transformer PIT shown in FIG. 23 as the background art as a comparative example, the coupling coefficient between the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ is 0.98. In this case, the value of the inductor L1l, the inductor Each value of L1l ′ is small.

1次側の接続態様について説明する。1次側平滑コンデンサCiはコンバータトランスPITの1次巻線N1と1次巻線N1’のセンタータップとの間に接続され、コンバータトランスPITの1次巻線N1の端部はスイッチング素子Q1のドレインに接続され、コンバータトランスPITの1次巻線N1’の端部はスイッチング素子Q2のドレインに接続されている。そして、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2の各々のソースは1次側のグランドに接地されている。また、1次側電圧共振コンデンサC1はスイッチング素子Q1のドレインとソース間に並列に接続され、1次側電圧共振コンデンサC2はスイッチング素子Q2のドレインとソース間に並列に接続されている。   The connection mode on the primary side will be described. The primary side smoothing capacitor Ci is connected between the primary winding N1 of the converter transformer PIT and the center tap of the primary winding N1 ′, and the end of the primary winding N1 of the converter transformer PIT is connected to the switching element Q1. The end of the primary winding N1 ′ of the converter transformer PIT is connected to the drain of the switching element Q2. The sources of the switching element Q1 and the switching element Q2 are grounded to the primary side ground. The primary side voltage resonance capacitor C1 is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q1, and the primary side voltage resonance capacitor C2 is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2.

また、スイッチング素子Q1のゲートおよびスイッチング素子Q1のゲートには発振・ドライブ回路2の出力が接続されている。発振・ドライブ回路2は、制御回路1からの出力に応じてスイッチング素子Q1のゲートおよびスイッチング素子Q2のゲートを駆動する。   The output of the oscillation / drive circuit 2 is connected to the gate of the switching element Q1 and the gate of the switching element Q1. The oscillation / drive circuit 2 drives the gate of the switching element Q1 and the gate of the switching element Q2 according to the output from the control circuit 1.

2次側の接続態様について説明する。コンバータトランスPITの2次巻線N2に対して2次側整流素子Doを接続している。この2次側整流素子Doは高速スイッチングダイオードDo1ないし高速スイッチングダイオードDo4をブリッジ接続して構成されており、2次側整流素子Doの出力側には2次側平滑コンデンサCoが接続されている。そして、2次側平滑コンデンサCoの両端から負荷に供給する電圧である出力直流電圧Eoを得ている。ここで、出力直流電圧Eoの値は175V(ボルト)とした。   The connection mode on the secondary side will be described. A secondary side rectifying element Do is connected to the secondary winding N2 of the converter transformer PIT. The secondary side rectifying element Do is configured by bridge-connecting high speed switching diodes Do1 to Do4, and a secondary side smoothing capacitor Co is connected to the output side of the secondary side rectifying element Do. An output DC voltage Eo that is a voltage supplied to the load from both ends of the secondary side smoothing capacitor Co is obtained. Here, the value of the output DC voltage Eo was 175 V (volts).

制御回路1は、2次側平滑コンデンサCoにその入力側を接続されており、入力された出力直流電圧Eoと所定の値の基準電圧値との差に応じた検出出力(誤差電圧)を発振・ドライブ回路2に供給する。   The control circuit 1 has its input side connected to the secondary side smoothing capacitor Co, and oscillates a detection output (error voltage) corresponding to the difference between the input output DC voltage Eo and a predetermined reference voltage value. Supply to the drive circuit 2

このようなプッシュプルコンバータでは、インダクタL1lおよびインダクタL1と1次側電圧共振コンデンサC1とによって第1の1次側電圧共振回路が形成される。ここで、主としてとは、これらの部品の特性、すなわち、インダクタL1lのインダクタンスおよびインダクタL1のインダクタンスと1次側電圧共振コンデンサC1のキャパシタンスとによって第1の1次側電圧共振回路の共振の周波数が概ね定まることを言うものである。例えば、1次側平滑コンデンサCiのキャパシタンス等も共振周波数に影響を与えるがその影響は無視できる程度ものであるので、第1の1次側電圧共振回路を形成する要素としてはいない。   In such a push-pull converter, a first primary side voltage resonance circuit is formed by the inductor L1l, the inductor L1, and the primary side voltage resonance capacitor C1. Here, mainly means that the resonance frequency of the first primary-side voltage resonance circuit depends on the characteristics of these components, that is, the inductance of the inductor L1l, the inductance of the inductor L1, and the capacitance of the primary-side voltage resonance capacitor C1. It is to say that it is generally determined. For example, the capacitance of the primary side smoothing capacitor Ci influences the resonance frequency, but the influence is negligible. Therefore, it is not used as an element for forming the first primary side voltage resonance circuit.

また、主としてインダクタL1l’およびインダクタL1’と1次側電圧共振コンデンサC2とによって第2の1次側電圧共振回路が形成される。すなわち、インダクタL1l’のインダクタンスおよびインダクタL1’のインダクタンスと1次側電圧共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって第2の1次側電圧共振回路の共振の周波数が概ね定まるので、1次側平滑コンデンサCi等は第2の1次側電圧共振回路を形成する要素としてはいない。第1の1次側電圧共振回路の共振周波数と第2の1次側電圧共振回路の共振周波数とは略等しくなるように各々が周波数fo1に設定される。   Further, a second primary side voltage resonance circuit is mainly formed by the inductor L1l ', the inductor L1' and the primary side voltage resonance capacitor C2. That is, since the resonance frequency of the second primary voltage resonance circuit is substantially determined by the inductance of the inductor L1l ′, the inductance of the inductor L1 ′, and the capacitance of the primary voltage resonance capacitor C2, the primary smoothing capacitor Ci and the like Is not an element forming the second primary side voltage resonance circuit. Each is set to the frequency fo1 so that the resonance frequency of the first primary side voltage resonance circuit and the resonance frequency of the second primary side voltage resonance circuit are substantially equal.

また、主として、インダクタL2lのインダクタンスとインダクタL2のインダクタンスと2次側電圧共振コンデンサC3のキャパシタンスとによって2次側電圧共振回路が形成され、共振周波数は周波数fo2に設定される。ここで、主としてとは上述したと同様に、例えば、2次側平滑コンデンサCo等も共振周波数に影響を与えるがその影響は無視できる程度ものであるので、2次側電圧共振回路を形成する要素としてはいない。周波数fo1と周波数fo2との関係は、図4に示すように、周波数fo2の値は周波数fo1の略2/3以下に設定される。   Further, a secondary side voltage resonance circuit is mainly formed by the inductance of the inductor L21, the inductance of the inductor L2, and the capacitance of the secondary side voltage resonance capacitor C3, and the resonance frequency is set to the frequency fo2. Here, mainly, as described above, for example, the secondary side smoothing capacitor Co or the like also affects the resonance frequency, but the influence is negligible. Not as. As shown in FIG. 4, the relationship between the frequency fo1 and the frequency fo2 is such that the value of the frequency fo2 is set to approximately 2/3 or less of the frequency fo1.

ここで、1次側電圧共振コンデンサC1のキャパシタンスの値、および1次側電圧共振コンデンサC2のキャパシタンスの値は4700pF、2次側電圧共振コンデンサC3のキャパシタンスの値は0.033μFとした。このときの、周波数fo1の値は99.5kHzであり、周波数fo2の値は59.5kHzであった。   Here, the capacitance value of the primary side voltage resonance capacitor C1 and the capacitance value of the primary side voltage resonance capacitor C2 were 4700 pF, and the capacitance value of the secondary side voltage resonance capacitor C3 was 0.033 μF. At this time, the value of the frequency fo1 was 99.5 kHz, and the value of the frequency fo2 was 59.5 kHz.

次に上述した構成を有するスイッチング電源回路の動作について説明をする。このようなプッシュプルコンバータの基本動作原理は、公知技術である多重共振コンバータとしての動作をするものであるが、以下の特徴を有している。   Next, the operation of the switching power supply circuit having the above-described configuration will be described. The basic operation principle of such a push-pull converter operates as a multi-resonance converter, which is a known technique, and has the following characteristics.

スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との時比率を1以上として最大負荷時においては、例えば2以上となるように選定する。このような設定とすることによって、図23において必要とされたチョークコイルLo20は削除することができるようになった。すなわち、チョークコイルLo20を具備しない場合においても、2次巻線N2に流れる共振電流である電流I2は正弦波となり、2次側電圧共振コンデンサC3の両端に発生する電圧V4も正弦波となり、高速スイッチングダイオードDo1ないし高速スイッチングダイオードDo4の導通角は拡大する。   The duty ratio between the switching element Q1 and the switching element Q2 is set to 1 or more, and is selected to be 2 or more at the maximum load, for example. With this setting, the choke coil Lo20 required in FIG. 23 can be deleted. That is, even when the choke coil Lo20 is not provided, the current I2, which is the resonance current flowing through the secondary winding N2, becomes a sine wave, and the voltage V4 generated at both ends of the secondary side voltage resonance capacitor C3 also becomes a sine wave. The conduction angle of the switching diode Do1 to the high-speed switching diode Do4 increases.

また、1次側電圧共振コンデンサC1をスイッチング素子Q1に並列に接続し、1次側電圧共振コンデンサC2をスイッチング素子Q2に並列に接続することによって、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との各々がオフとなる時間である時間TOFFに1次側電圧共振コンデンサC1、1次側電圧共振コンデンサC2に流れる1次側の共振電流と、2次側電圧共振コンデンサC3とに流れる電流である電流I4の位相を同じにする効果があり、スイッチング素子Q1のボディダイオードDD1、スイッチング素子Q2のボディダイオードDD2の導通角が拡大してZVS動作がより確実なものとなる。   Also, each of the switching element Q1 and the switching element Q2 is turned off by connecting the primary side voltage resonant capacitor C1 in parallel to the switching element Q1 and connecting the primary side voltage resonant capacitor C2 in parallel to the switching element Q2. The phase of the primary side resonant current C1 that flows through the primary side voltage resonant capacitor C2 and the current I4 that is the current that flows through the secondary side voltage resonant capacitor C3 at the time TOFF that is And the conduction angle of the body diode DD1 of the switching element Q1 and the body diode DD2 of the switching element Q2 is enlarged, and the ZVS operation is more reliable.

従来は、1次側平滑コンデンサCiと1次巻線の間に必要とされたチョークコイルは、設けられていない。   Conventionally, the choke coil required between the primary side smoothing capacitor Ci and the primary winding is not provided.

また、図4に示すように、出力直流電圧Eoを175Vとする場合における重負荷時に対応する周波数fsの値と負荷が零のときに対応する周波数fsの値との範囲である可変周波数範囲Δfsの値を非常に小さくすることができる。   Further, as shown in FIG. 4, when the output DC voltage Eo is 175 V, the variable frequency range Δfs, which is a range between the value of the frequency fs corresponding to heavy load and the value of the frequency fs corresponding to zero load. The value of can be made very small.

図19は、入力交流電圧VACが100Vにおける負荷電力Poの値が、0W(無負荷)から300Wの範囲での負荷変動に対する電力変換効率ηAC→DC、周波数fs、時間TON、時間TOFFの各々を示している。なお、このスイッチング電源回路については、出力直流電圧Eoの値を175Vとした。   FIG. 19 shows the values of power conversion efficiency ηAC → DC, frequency fs, time TON, and time TOFF for load fluctuations when the value of the load power Po when the input AC voltage VAC is 100 V is 0 W (no load) to 300 W. Show. In addition, about this switching power supply circuit, the value of the output DC voltage Eo was set to 175V.

図20に、スイッチング周期における各部の動作波形を示す。このときの負荷電力は300W、入力交流電圧は100Vである。図20の上段から順に、スイッチング素子Q1のドレイン電圧である電圧V1(図17を参照)、スイッチング素子Q1のドレイン電流である電流IQ1(図17を参照)、スイッチング素子Q2のドレイン電圧である電圧V2(図17を参照)、スイッチング素子Q2のドレイン電流である電流IQ2(図17を参照)、2次巻線N2に流れる電流である電流I2(図17を参照)、2次側電圧共振コンデンサC3に流れる電流である電流I3(図17を参照)、2次巻線N2の両端の電圧である電圧V3(図17を参照)、2次側整流素子Doの入力側に流れる電流である電流I4(図17を参照)の各々を示すものである。   FIG. 20 shows an operation waveform of each part in the switching period. The load power at this time is 300 W, and the input AC voltage is 100V. In order from the top of FIG. 20, a voltage V1 (see FIG. 17) that is the drain voltage of the switching element Q1, a current IQ1 (see FIG. 17) that is the drain current of the switching element Q1, and a voltage that is the drain voltage of the switching element Q2. V2 (see FIG. 17), current IQ2 (see FIG. 17) which is the drain current of the switching element Q2, current I2 (see FIG. 17) which is the current flowing in the secondary winding N2, secondary side voltage resonance capacitor A current I3 (refer to FIG. 17) that flows in C3, a voltage V3 (refer to FIG. 17) that is a voltage across the secondary winding N2, and a current that flows to the input side of the secondary rectifier Do. Each of I4 (refer FIG. 17) is shown.

図21に、スイッチング周期における各部の動作波形を示す。このときの負荷電力は0W、入力交流電圧は100Vである。図19の上段から順に、電圧V1、電流IQ1、電圧V2、電流IQ2、電流I2、電流I3、電圧V3、電流I4の各々を示すものである。   FIG. 21 shows an operation waveform of each part in the switching period. The load power at this time is 0 W, and the input AC voltage is 100V. In the order from the top of FIG. 19, each of voltage V1, current IQ1, voltage V2, current IQ2, current I2, current I3, voltage V3, and current I4 is shown.

図19ないし図21に示す実験データから図17に示すスイッチング電源回路について以下のことが明らかになる。負荷電力Poの値が0Wから300Wの範囲でZVS動作となっている。   From the experimental data shown in FIGS. 19 to 21, the following becomes clear about the switching power supply circuit shown in FIG. The ZVS operation is performed when the value of the load power Po is in the range of 0 W to 300 W.

図17に示すスイッチング電源回路は以下の利点を有している。   The switching power supply circuit shown in FIG. 17 has the following advantages.

背景技術に示す電圧共振プッシュプルコンバータのfs制御は負荷電力Poが100W以下に限定されていた。一方、図17に示すスイッチング電源回路は電圧共振プッシュプルコンバータを用いるものであるが、コンバータトランスPITを疎結合とし、2次側に電圧共振回路を組み合わせて多重共振形コンバータとして構成することによって、負荷電力Poの大きさが300W以上の重負荷から無負荷の範囲でfs制御(スイッチング周波数である周波数fsを変化させて出力直流電圧Eoを変化させる制御)が可能となる。   In the fs control of the voltage resonance push-pull converter shown in the background art, the load power Po is limited to 100 W or less. On the other hand, the switching power supply circuit shown in FIG. 17 uses a voltage resonance push-pull converter, but the converter transformer PIT is loosely coupled, and the voltage resonance circuit is combined on the secondary side to constitute a multiple resonance type converter. It is possible to perform fs control (control to change the output DC voltage Eo by changing the frequency fs, which is a switching frequency) in a range from a heavy load of 300 W or more to a no load.

2次側に電圧共振回路を付加することによって、背景技術において用いたチョークコイルLo20を削除しても、この2次側の電圧共振回路から正弦波電圧を得ることができ、ノイズの低減が図れた。   By adding a voltage resonance circuit on the secondary side, a sine wave voltage can be obtained from the voltage resonance circuit on the secondary side even if the choke coil Lo20 used in the background art is deleted, and noise can be reduced. It was.

1次巻線N1と1次巻線N1’とが結合係数kの値を0.3とする疎結合とされるので、従来は、1次側平滑コンデンサCiと1次巻線の間に必要とされたチョークコイルが必要とされず、装置の小型化が図れる。   Since the primary winding N1 and the primary winding N1 ′ are loosely coupled with a coupling coefficient k of 0.3, conventionally, it is necessary between the primary-side smoothing capacitor Ci and the primary winding. Therefore, the choke coil is not required, and the apparatus can be miniaturized.

図22は、図17に示すスイッチング電源回路の変形例である。   FIG. 22 shows a modification of the switching power supply circuit shown in FIG.

図22のスイッチング電源回路の1次側は、1次側電圧共振コンデンサC1および1次側電圧共振コンデンサC2に替えて、1次側電圧共振コンデンサが、1次側電圧共振コンデンサC1として第1の1次巻線N1および第2の1次巻線N1’の両端に並列に接続されることを特徴とするものである。   The primary side of the switching power supply circuit of FIG. 22 is replaced with the primary side voltage resonance capacitor C1 and the primary side voltage resonance capacitor C2, and the primary side voltage resonance capacitor is used as the primary side voltage resonance capacitor C1. The first and second primary windings N1 and N1 ′ are connected in parallel to both ends of the primary winding N1 and the second primary winding N1 ′.

図22のスイッチング電源回路の2次側は、2次巻線N2と2次巻線N2’の接続点をセンタータップとし、2次巻線N2と3次巻線N3の端部に2次側電圧共振コンデンサC3を接続し、両波整流のための高速スイッチングダイオードDo1と高速スイッチングダイオードDo2とを有する両波整流回路として2次側を構成するものである。また、2次巻線N2と2次巻線N2’と3次巻線N3は加極性となるように巻回されているので、2次側電圧共振回路を形成する2次巻線N2と2次巻線N2’の端部に生じる2次側電圧共振回路を構成するインダクタンスの値は図16に示す回路におけるインダクタンスの値よりも大きくなり、この分だけ2次側電圧共振コンデンサC3のキャパシタンスを小さくできる。高速スイッチングダイオードDo1と高速ダイオードDo2との出力側の接続点に2次側インダクタLo2は接続されており、これによってリンギングは消滅させられる。   The secondary side of the switching power supply circuit of FIG. 22 has a connection point between the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ as a center tap, and the secondary side at the end of the secondary winding N2 and the tertiary winding N3. The secondary side is configured as a double-wave rectifier circuit having a high-speed switching diode Do1 and a high-speed switching diode Do2 connected to the voltage resonance capacitor C3 and having a double-wave rectification. Further, since the secondary winding N2, the secondary winding N2 ′, and the tertiary winding N3 are wound so as to have a positive polarity, the secondary windings N2 and 2 that form the secondary side voltage resonance circuit The inductance value constituting the secondary side voltage resonance circuit generated at the end of the secondary winding N2 ′ is larger than the inductance value in the circuit shown in FIG. 16, and the capacitance of the secondary side voltage resonance capacitor C3 is increased by this amount. Can be small. The secondary-side inductor Lo2 is connected to the output-side connection point between the high-speed switching diode Do1 and the high-speed diode Do2, thereby eliminating the ringing.

図17または図22に示すスイッチング電源回路は、また、第1実施形態の説明における図8に示すと同様の2次側回路を用いることができる。図8では、2次側は倍電圧全波整流回路を構成している。すなわち、2次側平滑コンデンサCo1に直流電圧が保持され、この電圧が2次側平滑コンデンサCo2の電圧と加算されることによって、2次巻線N2または2次巻線N2’の両端から得られる電圧の2倍の電圧が出力直流電圧Eoとして得られるようになされている。高速スイッチングダイオードDo1と高速ダイオードDo2との出力側の接続点に2次側インダクタLo2は接続されており、これによってリンギングは消滅させられる。   The switching power supply circuit shown in FIG. 17 or 22 can also use a secondary side circuit similar to that shown in FIG. 8 in the description of the first embodiment. In FIG. 8, the secondary side forms a voltage doubler full wave rectifier circuit. That is, a DC voltage is held in the secondary side smoothing capacitor Co1, and this voltage is added to the voltage of the secondary side smoothing capacitor Co2, thereby being obtained from both ends of the secondary winding N2 or the secondary winding N2 ′. A voltage twice the voltage is obtained as the output DC voltage Eo. The secondary-side inductor Lo2 is connected to the output-side connection point between the high-speed switching diode Do1 and the high-speed diode Do2, thereby eliminating the ringing.

図17または図22に示すスイッチング電源回路は、また、第1実施形態の説明における図9に示すと同様の2次側回路を用いることができる。図9では、2次側は倍電圧半波整流回路を用いるものである。図8に示す倍電圧全波整流回路の半分の部分が用いられている。このように倍電圧半波整流回路を用いる場合にも図17に示すスイッチング電源回路の有する基本的な利点はそのまま維持できる。高速スイッチングダイオードDo1に2次側インダクタLo2が接続され、高速ダイオードDo2に2次側インダクタLo2’が接続され、これによってリンギングは消滅させられる。   The switching power supply circuit shown in FIG. 17 or 22 can also use a secondary side circuit similar to that shown in FIG. 9 in the description of the first embodiment. In FIG. 9, the secondary side uses a voltage doubler half-wave rectifier circuit. Half of the voltage doubler full wave rectifier circuit shown in FIG. 8 is used. Thus, even when the voltage doubler half-wave rectifier circuit is used, the basic advantage of the switching power supply circuit shown in FIG. 17 can be maintained as it is. The secondary-side inductor Lo2 is connected to the high-speed switching diode Do1, and the secondary-side inductor Lo2 'is connected to the high-speed diode Do2, thereby eliminating the ringing.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施形態は必要に応じて変更することができるものである。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Embodiment can be changed as needed.

実施形態のスイッチング電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のコンバータトランス・インダクタの断面図である。It is sectional drawing of the converter transformer inductor of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の制御特性を示す図である。It is a figure which shows the control characteristic of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の負荷電力に対する電源効率、スイッチング周波数、TON、TOFFの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the power supply efficiency with respect to the load power of the switching power supply circuit of embodiment, a switching frequency, TON, and TOFF. 実施形態のスイッチング電源回路の要部の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の要部の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の構成例の一部分を示す回路図である。It is a circuit diagram showing a part of an example of composition of a switching power supply circuit of an embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の構成例の一部分を示す回路図である。It is a circuit diagram showing a part of an example of composition of a switching power supply circuit of an embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のコンバータトランスの断面図である。It is sectional drawing of the converter transformer of embodiment. 実施形態のチョークコイルの断面図である。It is sectional drawing of the choke coil of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の負荷電力に対する電源効率、スイッチング周波数、TON、TOFFの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the power supply efficiency with respect to the load power of the switching power supply circuit of embodiment, a switching frequency, TON, and TOFF. 実施形態のスイッチング電源回路の要部の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の要部の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のコンバータトランスの断面図である。It is sectional drawing of the converter transformer of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の負荷電力に対する電源効率、スイッチング周波数、TON、TOFFの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the power supply efficiency with respect to the load power of the switching power supply circuit of embodiment, a switching frequency, TON, and TOFF. 実施形態のスイッチング電源回路の要部の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の要部の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the switching power supply circuit of embodiment. 背景技術を説明する図である。It is a figure explaining background art. 背景技術を説明する図である。It is a figure explaining background art. 背景技術を説明する図である。It is a figure explaining background art. 背景技術を説明する図である。It is a figure explaining background art. 背景技術を説明する図である。It is a figure explaining background art.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、B ボビン、C1 1次側電圧共振コンデンサ、C2 1次側電圧共振コンデンサ、C3 2次側電圧共振コンデンサ、Ci 1次側平滑コンデンサ、CL1、CL2 クロスラインコンデンサ、CMC コモンモードチョークコイル、Co、Co1、Co2 2次側平滑コンデンサ、CR1、CR2,CR3 E型コア、DD1、DD2 ボディダイオード、Di 1次側整流素子、Di1、Di2、Di3、Di4、Do1,Do2、Do3,Do4 高速スイッチングダイオード、Do 2次側整流素子、Eo 出力直流電圧、G、G1、G2 ギャップ、L1、L1l、L2l、L1l インダクタ、Lo1、PCC チョークコイル(インダクタ)、Lo2 2次側インダクタ、N1、N1’1次巻線、N2 2次側巻線、No チョークコイル巻線、PIT コンバータトランス、PIT・PCC コンバータトランス・インダクタ、Q1、Q2 スイッチング素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control circuit, 2 Oscillation drive circuit, B bobbin, C1 primary side voltage resonance capacitor, C2 primary side voltage resonance capacitor, C3 secondary side voltage resonance capacitor, Ci primary side smoothing capacitor, CL1, CL2 Cross line capacitor , CMC common mode choke coil, Co, Co1, Co2 secondary side smoothing capacitor, CR1, CR2, CR3 E type core, DD1, DD2 body diode, Di primary side rectifier, Di1, Di2, Di3, Di4, Do1, Do2, Do3, Do4 High-speed switching diode, Do secondary side rectifier, Eo output DC voltage, G, G1, G2 gap, L1, L1l, L2l, L1l inductor, Lo1, PCC choke coil (inductor), Lo2 secondary side Inductor, N1, N1 'primary winding, N2 secondary winding, No choke coil winding, PIT converter transformer, PIT / PCC converter transformer / inductor, Q1, Q2 switching element

Claims (14)

1次側直流電力を交流電力に変換し、さらに2次側直流電力に変換するスイッチング電源回路であって、
前記1次側直流電力が一方の端子に供給されるチョークコイルと、
前記チョークコイルの他方の端子に接続されるセンタータップによって第1の1次巻線と第2の1次巻線とが分離されて形成される1次巻線と、前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々と磁気的に疎結合とされる2次巻線と、を有するコンバータトランスと、
前記第1の1次巻線の端部に接続される第1のスイッチング素子および前記第2の1次巻線の端部に接続される第2のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子をオン・オフ駆動する発振・ドライブ回路と、
前記チョークコイルと前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々に生じるインダクタとともに1次側電圧共振回路を形成する1次側電圧共振コンデンサと、
前記2次巻線に生じるインダクタとともに2次側電圧共振回路を形成するように前記2次巻線に並列接続される、2次側電圧共振コンデンサと、
前記2次側共振回路に入力側が接続される2次側整流素子と、
前記2次側整流素子の出力側に接続されて平滑された出力直流電圧を得るようにされる2次側平滑コンデンサと、
前記出力直流電圧の値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を前記発振・ドライブ回路に供給する制御回路と、を備え、
前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子のオンとオフとの比率である時比率が各々1以上に設定され、
前記コンバータトランスは、
第1のギャップを有して第1の磁路を形成する第1のコア材を具備し、前記第1の1次巻線と前記第2の1次巻線と前記2次巻線との各々は前記第1の磁路を通過する磁束が鎖交するように巻回され、
前記チョークコイルは、
前記第1のコア材を磁路の構成部の一部として含み、前記第1の磁路を通過する磁束が通過することがないように第2のギャップを有する第2の磁路を形成する第2のコア材を具備して、チョークコイル巻線は前記第2の磁路を通過する磁束が鎖交するように巻回され、
前記コンバータトランスと前記チョークコイルとは、複合部品として一体形成されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
A switching power supply circuit that converts primary side DC power to AC power and further converts to secondary side DC power,
A choke coil to which the primary DC power is supplied to one terminal;
A primary winding formed by separating a first primary winding and a second primary winding by a center tap connected to the other terminal of the choke coil; and the first primary winding. A converter transformer having a wire and a secondary winding that is magnetically loosely coupled to each of the second primary windings;
A first switching element connected to an end of the first primary winding and a second switching element connected to an end of the second primary winding;
An oscillation / drive circuit for driving on and off the first switching element and the second switching element;
A primary-side voltage resonance capacitor that forms a primary-side voltage resonance circuit together with inductors generated in each of the choke coil, the first primary winding, and the second primary winding;
A secondary-side voltage resonant capacitor connected in parallel to the secondary winding to form a secondary-side voltage resonant circuit with an inductor generated in the secondary winding;
A secondary side rectifying element having an input side connected to the secondary side resonance circuit;
A secondary-side smoothing capacitor connected to the output side of the secondary-side rectifying element to obtain a smoothed output DC voltage;
A control circuit for supplying a control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage is a predetermined value to the oscillation / drive circuit,
Each of the time ratios, which is a ratio of on and off of the first switching element and the second switching element, is set to 1 or more,
The converter transformer is
A first core material having a first gap and forming a first magnetic path, wherein the first primary winding, the second primary winding, and the secondary winding; Each is wound so that the magnetic flux passing through the first magnetic path is linked,
The choke coil is
The first core material is included as a part of a magnetic path component, and a second magnetic path having a second gap is formed so that magnetic flux passing through the first magnetic path does not pass. Comprising the second core material, the choke coil winding is wound so that the magnetic flux passing through the second magnetic path is interlinked,
The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the converter transformer and the choke coil are integrally formed as a composite part.
1次側直流電力を交流電力に変換し、さらに2次側直流電力に変換するスイッチング電源回路であって、
前記1次側直流電力が一方の端子に供給されるチョークコイルと、
前記チョークコイルの他方の端子に接続されるセンタータップによって前記1次側直流電力が供給されるセンタータップによって第1の1次巻線と前記第1の1次巻線に疎結合とされる第2の1次巻線とが分離されて形成される1次巻線と、前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々と磁気的に疎結合とされる2次巻線と、を有するコンバータトランスと、
前記第1の1次巻線の端部に接続される第1のスイッチング素子および前記第2の1次巻線の端部に接続される第2のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子をオン・オフ駆動する発振・ドライブ回路と、
前記チョークコイルと前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々に生じるインダクタとともに1次側電圧共振回路を形成する1次側電圧共振コンデンサと、
前記2次巻線に生じるインダクタとともに2次側電圧共振回路を形成するように前記2次巻線に並列接続される、2次側電圧共振コンデンサと、
前記2次側共振回路に入力側が接続される2次側整流素子と、
前記2次側整流素子の出力側に接続されて平滑された出力直流電圧を得るようにされる2次側平滑コンデンサと、
前記出力直流電圧の値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を前記発振・ドライブ回路に供給する制御回路と、を備え、
前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子のオンとオフとの比率である時比率が各々1以上に設定されることを特徴とするスイッチング電源回路。
A switching power supply circuit that converts primary side DC power to AC power and further converts to secondary side DC power,
A choke coil to which the primary DC power is supplied to one terminal;
A first tap connected to the other terminal of the choke coil is loosely coupled to the first primary winding and the first primary winding by a center tap to which the primary DC power is supplied. A primary winding formed by separating two primary windings, and a secondary magnetically loosely coupled to each of the first primary winding and the second primary winding. A converter transformer having windings;
A first switching element connected to an end of the first primary winding and a second switching element connected to an end of the second primary winding;
An oscillation / drive circuit for driving on and off the first switching element and the second switching element;
A primary-side voltage resonance capacitor that forms a primary-side voltage resonance circuit together with inductors generated in each of the choke coil, the first primary winding, and the second primary winding;
A secondary-side voltage resonant capacitor connected in parallel to the secondary winding to form a secondary-side voltage resonant circuit with an inductor generated in the secondary winding;
A secondary side rectifying element having an input side connected to the secondary side resonance circuit;
A secondary-side smoothing capacitor connected to the output side of the secondary-side rectifying element to obtain a smoothed output DC voltage;
A control circuit for supplying a control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage is a predetermined value to the oscillation / drive circuit,
A switching power supply circuit, wherein a time ratio, which is a ratio of ON to OFF of the first switching element and the second switching element, is set to 1 or more.
1次側直流電力を交流電力に変換し、さらに2次側直流電力に変換するスイッチング電源回路であって、
前記1次側直流電力が供給されるセンタータップによって第1の1次巻線と前記第1の1次巻線に疎結合とされる第2の1次巻線とが分離されて形成される1次巻線と、前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々と磁気的に疎結合とされる2次巻線と、を有するコンバータトランスと、
前記第1の1次巻線の端部に接続される第1のスイッチング素子および前記第2の1次巻線の端部に接続される第2のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子をオン・オフ駆動する発振・ドライブ回路と、
前記第1の1次巻線および前記第2の1次巻線の各々に生じるインダクタとともに1次側電圧共振回路を形成する1次側電圧共振コンデンサと、
前記2次巻線に生じるインダクタとともに2次側電圧共振回路を形成するように前記2次巻線に並列接続される、2次側電圧共振コンデンサと、
前記2次側共振回路に入力側が接続される2次側整流素子と、
前記2次側整流素子の出力側に接続されて平滑された出力直流電圧を得るようにされる2次側平滑コンデンサと、
前記出力直流電圧の値を所定の値とするように周波数が可変とされる制御信号を前記発振・ドライブ回路に供給する制御回路と、を備え、
前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子のオンとオフとの比率である時比率が各々1以上に設定されることを特徴とするスイッチング電源回路。
A switching power supply circuit that converts primary side DC power to AC power and further converts to secondary side DC power,
The first primary winding and the second primary winding that is loosely coupled to the first primary winding are separated from each other by a center tap to which the primary side DC power is supplied. A converter transformer having a primary winding, and a secondary winding that is magnetically loosely coupled to each of the first primary winding and the second primary winding;
A first switching element connected to an end of the first primary winding and a second switching element connected to an end of the second primary winding;
An oscillation / drive circuit for driving on and off the first switching element and the second switching element;
A primary-side voltage resonant capacitor that forms a primary-side voltage resonant circuit together with an inductor generated in each of the first primary winding and the second primary winding;
A secondary-side voltage resonant capacitor connected in parallel to the secondary winding to form a secondary-side voltage resonant circuit with an inductor generated in the secondary winding;
A secondary side rectifying element having an input side connected to the secondary side resonance circuit;
A secondary-side smoothing capacitor connected to the output side of the secondary-side rectifying element to obtain a smoothed output DC voltage;
A control circuit for supplying a control signal whose frequency is variable so that the value of the output DC voltage is a predetermined value to the oscillation / drive circuit,
A switching power supply circuit, wherein a time ratio, which is a ratio of ON to OFF of the first switching element and the second switching element, is set to 1 or more.
前記コンバータトランスは、
ギャップを有して磁路を形成するコア材を具備し、
前記2次巻線を前記第1の1次巻線と前記第2の1次巻線とで挟み、前記各々の巻線が他の巻線を介することなく前記コア材に巻回されて、前記第1の1次巻線と前記第2の1次巻と前記2次巻線とが相互に疎結合とされることを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源回路。
The converter transformer is
Comprising a core material forming a magnetic path with a gap;
The secondary winding is sandwiched between the first primary winding and the second primary winding, and each of the windings is wound around the core material without passing through another winding, The switching power supply circuit according to claim 2, wherein the first primary winding, the second primary winding, and the secondary winding are loosely coupled to each other.
前記コンバータトランスは、
2つの外側磁脚と前記外側磁脚よりも長さが短くギャップを有する中央磁脚とから成るイーイー(EE)型の形状のコア材を具備し、
前記2次巻線を前記中央磁脚に巻回し、
前記第1の1次巻線を前記外部磁脚の一方に巻回し、
前記第2の1次巻線を前記外部磁脚の他方に巻回し、
前記第1の1次巻線と前記第2の1次巻と前記2次巻線とが相互に疎結合とされることを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源回路。
The converter transformer is
Comprising an EE-type core material comprising two outer magnetic legs and a central magnetic leg having a shorter length than the outer magnetic legs and having a gap;
Winding the secondary winding around the central magnetic leg;
Winding the first primary winding around one of the external magnetic legs;
Winding the second primary winding around the other of the external magnetic legs;
4. The switching power supply circuit according to claim 3, wherein the first primary winding, the second primary winding, and the secondary winding are loosely coupled to each other.
前記2次側整流素子の出力側と前記2次側平滑コンデンサとの間に2次側インダクタを備え、
前記2次側インダクタのインダクタンスの値は、2次側に発生するリンギングを防止して、前記2次側電圧共振回路の共振周波数に影響を与えない程度の大きさとされることを特徴とする請求項1ないし請求項3の1項に記載のスイッチング電源回路。
A secondary inductor is provided between the output side of the secondary rectifier and the secondary smoothing capacitor;
The inductance value of the secondary inductor is set to a magnitude that prevents ringing that occurs on the secondary side and does not affect the resonance frequency of the secondary voltage resonance circuit. The switching power supply circuit according to any one of claims 1 to 3.
前記1次側電圧共振コンデンサは、前記第1のスイッチング素子に並列に接続される第1の1次側電圧共振コンデンサおよび前記第2のスイッチング素子に並列に接続される第2の1次側電圧共振コンデンサからなることを特徴とする請求項1ないし請求項3の1項に記載のスイッチング電源回路。 The primary side voltage resonant capacitor includes a first primary side voltage resonant capacitor connected in parallel to the first switching element and a second primary side voltage connected in parallel to the second switching element. The switching power supply circuit according to claim 1, comprising a resonance capacitor. 前記1次側電圧共振コンデンサは、前記第1の1次巻線と前記第2の1次巻線との直列接続の両端に並列に接続されることを特徴とする請求項1ないし請求項3の1項に記載のスイッチング電源回路。 4. The primary voltage resonant capacitor is connected in parallel to both ends of a series connection of the first primary winding and the second primary winding. The switching power supply circuit according to 1 above. 前記2次側共振回路の共振周波数は、前記1次側電圧共振回路の共振周波数の共振周波数の略2/3よりも低く設定されることを特徴とする請求項1ないし請求項3の1項に記載のスイッチング電源回路。 The resonance frequency of the secondary side resonance circuit is set to be lower than about 2/3 of the resonance frequency of the resonance frequency of the primary side voltage resonance circuit. The switching power supply circuit according to 1. 前記2次側整流回路は全波整流回路として形成されることを特徴とする請求項1ないし請求項3の1項に記載のスイッチング電源回路。 4. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the secondary side rectifier circuit is formed as a full-wave rectifier circuit. 5. 前記2次側整流回路は両波整流回路として形成されることを特徴とする請求項1ないし請求項3の1項に記載のスイッチング電源回路。 4. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the secondary side rectifier circuit is formed as a double-wave rectifier circuit. 5. 前記2次側整流回路は倍電圧全波整流回路として形成されることを特徴とする請求項1ないし請求項3の1項に記載のスイッチング電源回路。 4. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the secondary side rectifier circuit is formed as a voltage doubler full wave rectifier circuit. 5. 前記2次側整流回路は倍電圧半波整流回路として形成されることを特徴とする請求項1ないし請求項3の1項に記載のスイッチング電源回路。 4. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the secondary side rectifier circuit is formed as a voltage doubler half-wave rectifier circuit. 5. 前記時比率が負荷電力を最大とする場合に略2とされることを特徴とする請求項1ないし請求項3の1項に記載のスイッチング電源回路。 4. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the duty ratio is approximately 2 when the load power is maximized.
JP2006253029A 2006-09-19 2006-09-19 Switching power supply circuit Pending JP2008079375A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006253029A JP2008079375A (en) 2006-09-19 2006-09-19 Switching power supply circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006253029A JP2008079375A (en) 2006-09-19 2006-09-19 Switching power supply circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008079375A true JP2008079375A (en) 2008-04-03

Family

ID=39350872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006253029A Pending JP2008079375A (en) 2006-09-19 2006-09-19 Switching power supply circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008079375A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120101276A (en) * 2009-12-16 2012-09-13 가부시키가이샤 산샤덴키세이사쿠쇼 Dc-dc converter circuit
JP2019047539A (en) * 2017-08-29 2019-03-22 新電元工業株式会社 Switching power supply
JP2019193385A (en) * 2018-04-23 2019-10-31 株式会社豊田中央研究所 Power supply device
WO2021029244A1 (en) * 2019-08-09 2021-02-18 株式会社オートネットワーク技術研究所 Composite component

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120101276A (en) * 2009-12-16 2012-09-13 가부시키가이샤 산샤덴키세이사쿠쇼 Dc-dc converter circuit
KR101595927B1 (en) 2009-12-16 2016-02-26 가부시키가이샤 산샤덴키세이사쿠쇼 Dc-dc converter circuit
JP2019047539A (en) * 2017-08-29 2019-03-22 新電元工業株式会社 Switching power supply
JP2019193385A (en) * 2018-04-23 2019-10-31 株式会社豊田中央研究所 Power supply device
WO2021029244A1 (en) * 2019-08-09 2021-02-18 株式会社オートネットワーク技術研究所 Composite component

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4099597B2 (en) Switching power supply circuit
KR20060086269A (en) Switching power supply circuit
US7272019B2 (en) Switching power supply apparatus
KR20070037384A (en) Switching power supply circuit
JP2006345633A (en) Switching power supply circuit
KR20030069052A (en) Switching power supply circuit
KR20070026180A (en) Switching power supply circuit
JP2008079375A (en) Switching power supply circuit
JP2009017714A (en) Switching power circuit
JP2001095251A (en) Switching power circuit
JP2002262568A (en) Switching power circuit
JP2008067533A (en) Switching power supply circuit
JP2008172894A (en) Switching power supply circuit
JP2006074897A (en) Switching power supply circuit
JP2003088118A (en) Resonance dc-dc converter
JP2007267516A (en) Switching power supply circuit
JP2006296054A (en) Switching power supply circuit
JP4462262B2 (en) Switching power supply circuit
JP2008054388A (en) Switching power circuit
JP2007074781A (en) Switching power supply circuit
JP2008154390A (en) Switching power supply circuit
JP4264625B2 (en) Switching power supply circuit
JP2007288823A (en) Switching power supply circuit
JP3675445B2 (en) Switching power supply circuit
JP2006254613A (en) Switching power supply circuit