JP2008154390A - Switching power supply circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply circuit where the occurrence of noise is reduced, a value of the fluctuation range of frequency is narrowed, and a device is miniaturized using a single piece of a switching element. <P>SOLUTION: This switching power supply circuit is configured as a class-E multiplex resonant converter having one piece of the switching element Q1. This multiplex resonant converter is provided with the primary side resonance circuit and the secondary side resonance circuit. The primary-side resonance circuit includes a primary-side parallel resonance circuit, in which a resonance frequency fop1 is controlled by a primary-side parallel resonance capacitor C1 and an inductor Lp of a choke coil PCC, and a primary-side series resonance circuit, in which a resonance frequency fos1 is controlled by a primary-side series resonance capacitor C2 and an inductor L1 which occurs in the primary winding N1. The secondary-side resonance circuit includes a secondary-side parallel resonance circuit, in which a resonance frequency fop2 is controlled by a secondary side parallel resonance capacitor C3 and an inductor L2 which occurs in the secondary winding N2. <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、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)。さらには、スイッチング素子を1個とする方式のDC−DCコンバータ(以下、シングルエンデッドコンバータと省略する)も用いられている(例えば、特許文献1を参照)。以下、背景技術として、プッシュプルコンバータおよびシングルエンデッドコンバータの各々について、順に説明をする。   There are various DC-DC converter systems, for example, a half-bridge system with two switching elements, a full-bridge system with four switching elements, and a push-pull DC-DC system with two switching elements. A DC converter (hereinafter abbreviated as a push-pull converter) is also used (see, for example, Non-Patent Document 1). Furthermore, a DC-DC converter (hereinafter abbreviated as a single-ended converter) using a single switching element is also used (see, for example, Patent Document 1). Hereinafter, as a background art, each of the push-pull converter and the single-ended converter will be described in order.

プッシュプルコンバータの回路例としては、図20に示すものがある。図20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Q11およびスイッチング素子Q12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Q11およびスイッチング素子Q12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Q11はボディダイオードDD11を備え、スイッチング素子Q12はボディダイオードDD12を備えている。   An example of a push-pull converter circuit is shown in FIG. In FIG. 20, only the power part of the push-pull converter is described, and the control circuit for controlling the gates of the switching element Q11 and the switching element Q12, which are MOS-FETs, constituting the push-pull converter is not described. On (conduction) and off (disconnection) of switching element Q11 and switching element Q12 are controlled by a control circuit (not shown). Here, as a general configuration of the MOS-FET, the switching element Q11 includes a body diode DD11, and the switching element Q12 includes a body diode DD12.

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、1次巻線N1および1次巻線N1’によって形成される1次側の巻線と、2次巻線N2および2次巻線N2’によって形成される2次側の巻線と、の巻線の結合係数が1ではないことによって各々の巻線に生じるインダクタである。   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. A leakage inductor generated in the winding N2 ′, formed by the primary winding formed by the primary winding N1 and the primary winding N1 ′, and the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′. Inductors generated in the respective windings when the coupling coefficient of the windings on the secondary side is not 1.

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次側並列共振コンデンサC1を接続している。   A choke coil Lo1 is connected to the center tap, and a 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 N2 ′, the occurrence of bias is suppressed. Further, primary side parallel resonant capacitors C1 are 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直流出力電圧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. A DC output voltage Eo is obtained by arranging a side smoothing capacitor Co to form 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、上述したように図示しない制御回路によって、スイッチング素子Q11およびスイッチング素子Q12の各々のゲートを制御しているが、スイッチング素子Q11およびスイッチング素子Q12の各々の時比率(TON/TOFF)を1、すなわち、期間TONの長さ=期間TOFFの長さ=期間TSの長さ/2と、している。ここで、期間TONはスイッチング素子Q11またはスイッチング素子Q12が導通とされている時間、期間TOFFはスイッチング素子Q11またはスイッチング素子Q12が切断とされている時間、期間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(図21の電圧V4を参照)。   In addition, as described above, the gates of the switching element Q11 and the switching element Q12 are controlled by a control circuit (not shown), and the time ratio (TON / TOFF) of each of the switching element Q11 and the switching element Q12 is set to 1. That is, the length of the period TON = the length of the period TOFF = the length of the period TS / 2. Here, the period TON is the time during which the switching element Q11 or the switching element Q12 is turned on, the period TOFF is the time during which the switching element Q11 or the switching element Q12 is disconnected, and the period 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 (see voltage V4 in FIG. 21).

図21は、図20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21の上から順に電圧V3(図20を参照)、電圧V1(図20を参照)、電流IQ11(図20を参照)、電圧V2(図20を参照)、電流IQ12(図20を参照)および電圧V4(図20を参照)の各々を示すものである。電流IQ11および電流IQ12が示すように、ボディダイオードDD11およびボディダイオードDD12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. 21 shows the waveform of each part of the circuit shown in FIG. From the top of FIG. 21, voltage V3 (see FIG. 20), voltage V1 (see FIG. 20), current IQ11 (see FIG. 20), voltage V2 (see FIG. 20), current IQ12 (see FIG. 20) And voltage V4 (see FIG. 20). As shown by current IQ11 and current IQ12, body diode DD11 and body diode DD12 do not conduct, and ZVS (Zero Voltage Switching) operation is performed as shown by voltage V1 and voltage V2.

この動作モードで、スイッチング素子Q11とスイッチング素子Q12とのスイッチング周波数である周波数fsを高くすると、期間TOFFの間にスイッチング素子Q11とスイッチング素子Q12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Q11とスイッチング素子Q12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 Q11 and the switching element Q12, is increased, the switching element Q11 and the switching element Q12 become conductive during the period 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 Q11 and the switching element Q12 may be destroyed.

したがって、直流出力電圧Eoの制御をおこなう場合に、図22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を固定として直流出力電圧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 DC output voltage Eo, as shown in FIG. 22, the operational amplification 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, and the diode A magnetic amplifier composed of Dr4 and 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 DC output 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23は、図21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次側並列共振コンデンサ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期間TSの逆数)を変化させた場合の出力電圧である直流出力電圧Eoの値は、図24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. 23 shows an example of the push-pull converter shown in FIG. 21 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 parallel 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 DC output voltage Eo that is the output voltage when the frequency fs that is the switching frequency (the reciprocal of the period 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24から分かるように、周波数fo1で直流出力電圧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直流出力電圧Eoの値は大きくなる。ここで、周波数fo1は、1次側並列共振回路の共振周波数である。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次側並列共振コンデンサC1およびチョークコイルLo1とインダクタL1’および1次側並列共振コンデンサ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24から周波数fsを制御することによって直流出力電圧Eoを制御することができることを本願の願書に記載の発明者(以下、本願発明者と省略する)は見出している。   Further, as can be seen from FIG. 24, the value of the DC output voltage Eo is 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 DC output voltage Eo increases. Here, the frequency fo1 is a resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit. That is, this graph shows a primary side parallel resonance curve formed by the choke coil Lo1, the inductor L1, and the primary side parallel resonance capacitor C1, and the choke coil Lo1, the inductor L1 ′, and the primary side parallel resonance capacitor C1. It is. The inventor described in the application of the present application (hereinafter abbreviated as the inventor of the present application) has found that the DC output voltage Eo can be controlled by controlling the frequency fs from FIG.

しかしながら、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直流出力電圧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、図24に示す設定を採用する場合には、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。   However, the variable frequency range for setting the value of the DC output 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. Thus, when the setting shown in FIG. 24 is adopted, 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.

そこで、本願発明者はさらに検討を進め、2次側にも電圧共振回路を設け、所謂、多重共振コンバータを構成して、図25に示すように、1次側並列共振周波数fo1よりも2次側並列共振周波数fo2が低い周波数となるように周波数の関係を設定することによって、重負荷時において2次側並列共振周波数fo2を有する共振曲線に応じて制御がおこなわれ、中間負荷時において2次側並列共振周波数fo2を有する共振曲線に応じて制御がおこなわれるように変化して、周波数の可変範囲である可変周波数範囲Δfsの大きさは小さくできることを見出した。このようにして、可変周波数範囲Δfsできるとともに、ZVS領域の範囲も拡大できることも見出した。   Therefore, the present inventor further studied and provided a voltage resonance circuit on the secondary side to form a so-called multiple resonance converter, as shown in FIG. 25, the secondary side of the primary side parallel resonance frequency fo1. By setting the frequency relationship so that the side parallel resonance frequency fo2 becomes a low frequency, control is performed according to the resonance curve having the secondary side parallel resonance frequency fo2 at the time of heavy load, and secondary at the time of intermediate load. It has been found that the size of the variable frequency range Δfs, which is the variable range of the frequency, can be reduced by changing the control according to the resonance curve having the side parallel resonance frequency fo2. It was also found that the variable frequency range Δfs can be increased in this way, and the range of the ZVS region can be expanded.

一方、スイッチング素子を1個とする方式であるシングルエンデッドコンバータの回路例としては、例えば、1次側に電圧共振形コンバータを備え、2次側に並列共振回路を備えた複合共振コンバータが知られている(特許文献1を参照)。図26に示すシングルエンデッドコンバータは、このような複合共振コンバータの一例である。1個のスイッチング素子Q1を用い、1次巻線N1に生じるインダクタL1と1次側並列共振コンデンサC1とからなる1次側並列共振回路を備え、この場合には2次側は、高速スイッチングダイオードDo1に2次側平滑コンデンサCoが接続されて形成される半波整流回路と、2次巻線N2に生じるインダクタL2と2次側並列共振コンデンサC3とからなる2次側並列共振回路とを備えた電圧共振モードシングルエンデッド多重共振形コンバータとしての回路例である。ここで、スイッチング素子Q1はNPNトランジスタとされボディダイオードDD1がベースとエミッタとの間に接続されている。ここで、スイッチング素子Q1の耐圧は900Vとされ、交流入力電圧VACの範囲は、所謂100V系と所謂200V系との両方に対応するワイドレンジ対応とされている。   On the other hand, as an example of a circuit of a single-ended converter that employs a single switching element, for example, a complex resonant converter having a voltage resonant converter on the primary side and a parallel resonant circuit on the secondary side is known. (See Patent Document 1). The single-ended converter shown in FIG. 26 is an example of such a complex resonant converter. A single switching element Q1 is used, and a primary side parallel resonant circuit including an inductor L1 generated in the primary winding N1 and a primary side parallel resonant capacitor C1 is provided. In this case, the secondary side is a high-speed switching diode. A half-wave rectifier circuit formed by connecting a secondary-side smoothing capacitor Co to Do1, and a secondary-side parallel resonance circuit including an inductor L2 generated in the secondary winding N2 and a secondary-side parallel resonance capacitor C3. 3 is a circuit example of a voltage resonance mode single-ended multiple resonance type converter. Here, the switching element Q1 is an NPN transistor, and the body diode DD1 is connected between the base and the emitter. Here, the withstand voltage of the switching element Q1 is set to 900V, and the range of the AC input voltage VAC is compatible with a wide range corresponding to both a so-called 100V system and a so-called 200V system.

また、ワイドレンジ対応とするために、クランプ用コンデンサC4と補助スイッチング素子Q2との直列回路を1次巻線N1に並列に接続している、すなわち、クランプ用コンデンサC4と補助スイッチング素子Q2とでアクテイブクランプ回路を形成している。この補助スイッチング素子Q2は、MOS−FETとされており、ボディダイオードDD2を内部に有している。この補助スイッチング素子Q2のゲートは、コンデンサCgと抵抗Rgで構成する微分回路によってコンバータトランスPITに巻回されたクランプ用巻線Ngからの電圧を微分した電圧で駆動されている。この微分された電圧によって、スイッチング素子Q1が切断する期間に補助スイッチング素子Q2が導通して、スイッチング素子Q1の電圧をクランプするようになされている。   In order to support a wide range, a series circuit of a clamping capacitor C4 and an auxiliary switching element Q2 is connected in parallel to the primary winding N1, that is, the clamping capacitor C4 and the auxiliary switching element Q2 An active clamp circuit is formed. The auxiliary switching element Q2 is a MOS-FET and has a body diode DD2. The gate of the auxiliary switching element Q2 is driven by a voltage obtained by differentiating the voltage from the clamp winding Ng wound around the converter transformer PIT by a differentiation circuit including a capacitor Cg and a resistor Rg. By this differentiated voltage, the auxiliary switching element Q2 is turned on during the period when the switching element Q1 is cut off, and the voltage of the switching element Q1 is clamped.

また、コンバータトランスPITに巻回された3次巻線N3、フィルタコンデンサCN、力率改善用高速ダイオードDr、ダイオードD1、力率改善用インダクタLoによって電圧帰還方式力率改善回路を構成している。   A voltage feedback power factor correction circuit is configured by the tertiary winding N3 wound around the converter transformer PIT, the filter capacitor CN, the power factor improving high speed diode Dr, the diode D1, and the power factor improving inductor Lo. .

コンバータトランスPITは、一般的には磁路の断面が角形をしたE字型フェライトコアまたは磁路の断面が円形をしたEER型のフェライトコアを2個組み合わせて、このフェライトコアに1次巻線と2次巻線と3次巻線N3とを巻回して形成され、このフェライトコアの中央磁脚には1mm(ミリ・メータ)程度のギャップが設けられている。このようにギャップを設けることによって、1次巻線N1と2次巻線N2とは磁気的に疎結合とされ、結合係数は、0.8程度である。この結果、1次巻線N1はインダクタL1として機能し、2次巻線N2はインダクタL2として機能するようになる。2次側並列共振コンデンサC3と2次巻線N2に生じるインダクタL2とで2次側並列共振回路が形成されている。一方、1次側並列共振コンデンサC1と1次巻線N1に生じるインダクタL1とで1次側並列共振回路が形成されている。   In general, the converter transformer PIT is a combination of two E-shaped ferrite cores having a square magnetic path cross section or an EER type ferrite core having a circular magnetic path cross section. The secondary winding and the tertiary winding N3 are wound, and a gap of about 1 mm (millimeter) is provided in the central magnetic leg of the ferrite core. By providing the gap in this way, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are magnetically loosely coupled, and the coupling coefficient is about 0.8. As a result, the primary winding N1 functions as the inductor L1, and the secondary winding N2 functions as the inductor L2. The secondary side parallel resonant capacitor C3 and the inductor L2 generated in the secondary winding N2 form a secondary side parallel resonant circuit. On the other hand, the primary side parallel resonance capacitor C1 and the inductor L1 generated in the primary winding N1 form a primary side parallel resonance circuit.

図26に示すシングルエンデッドコンバータの各部の定数は具体的には以下のように設定されている。コンバータトランスPITは、EER−35(コア材名称)を用い、ギャップGは1mm(ミリ・メータ)、結合係数kの値は0.81、1次巻線N1の巻数は48T(ターン)、3次巻線N3の巻数は18T、クランプ用巻線Ngの巻数は1T、2次巻線N2の巻数は50Tである。また、1次側並列共振コンデンサC1のキャパシタンスの値は3300pF(ピコ・ファラッド)、2次側並列共振コンデンサC3のキャパシタンスの値は0.01μF(マイクロ・ファラッド)、クランプ用コンデンサC4のキャパシタンスの値は0.047μFである。また、抵抗Rgの値は470Ω(オーム)、コンデンサCgの値は0.33μFである。また、力率改善用インダクタLoのインダクタンス値は68μHであり、フィルタコンデンサCNの値は1μFである。直流出力電圧Eo(図26を参照)の値は135V(ボルト)、負荷に供給される電力の範囲は負荷電力200W(ワット)から負荷電力0Wの範囲、交流入力電圧VACは90Vから288Vの範囲である。   Specifically, the constants of the respective parts of the single-ended converter shown in FIG. 26 are set as follows. The converter transformer PIT uses EER-35 (core material name), the gap G is 1 mm (millimeter), the coupling coefficient k is 0.81, the number of turns of the primary winding N1 is 48T (turn), 3 The number of turns of the secondary winding N3 is 18T, the number of turns of the clamping coil Ng is 1T, and the number of turns of the secondary winding N2 is 50T. The capacitance value of the primary side parallel resonant capacitor C1 is 3300 pF (pico farad), the capacitance value of the secondary side parallel resonant capacitor C3 is 0.01 μF (micro farad), and the capacitance value of the clamping capacitor C4. Is 0.047 μF. The value of the resistor Rg is 470Ω (ohms), and the value of the capacitor Cg is 0.33 μF. The inductance value of the power factor improving inductor Lo is 68 μH, and the value of the filter capacitor CN is 1 μF. The value of the DC output voltage Eo (see FIG. 26) is 135V (volts), the range of power supplied to the load is from 200W (watts) to 0W of load power, and the AC input voltage VAC is from 90V to 288V. It is.

スイッチング素子Q1に接続される制御回路・発振・ドライブ回路PFMはスイッチング素子Q1を制御するための回路であり、スイッチング素子Q1をパルス周波数変調する。そして、制御回路・発振・ドライブ回路PFMの入力側が2次側平滑コンデンサCoに接続されることによって直流出力電圧Eoの値を135Vとする定電圧特性が得られる。   The control circuit / oscillation / drive circuit PFM connected to the switching element Q1 is a circuit for controlling the switching element Q1, and modulates the switching element Q1 by pulse frequency. The input side of the control circuit / oscillation / drive circuit PFM is connected to the secondary side smoothing capacitor Co to obtain a constant voltage characteristic in which the value of the DC output voltage Eo is 135V.

図27は、このスイッチング電源回路の特性を表すものであり、縦軸は電力変換効率ηAC→DC、力率PF、1次側平滑コンデンサの電圧Ei(図26を参照)の各々を示すものであり、横軸は負荷に供給される電力である。実線は交流入力電圧VACの実効電圧値を100Vとする場合を示し、破線は交流入力電圧VACの実効電圧値を230Vとする場合を示すものである。このとき、パルス周波数変調における周波数の範囲は、負荷電力が200Wから無負荷の範囲において96kHz(キロ・ヘルッ)から205kHzの範囲であり、汎用制御用のICを用いて制御回路・発振・ドライブ回路PFMを構成する場合には、負荷電力の範囲は200Wまでとされる。   FIG. 27 shows the characteristics of this switching power supply circuit, and the vertical axis shows each of power conversion efficiency ηAC → DC, power factor PF, and voltage Ei of the primary side smoothing capacitor (see FIG. 26). Yes, the horizontal axis is the power supplied to the load. A solid line indicates a case where the effective voltage value of the AC input voltage VAC is 100 V, and a broken line indicates a case where the effective voltage value of the AC input voltage VAC is 230 V. At this time, the frequency range in the pulse frequency modulation ranges from 96 kHz (kilo-hertz) to 205 kHz when the load power is 200 W to no load, and the control circuit / oscillation / drive circuit is used by using a general-purpose control IC. When configuring the PFM, the load power range is up to 200W.

また、この3次巻線N3を用いた電圧帰還方式の力率改善回路は、3次巻線N3に誘起する共振パルス電圧によって、力率改善用高速ダイオードDrのカソード電圧が力率改善用高速ダイオードDrのアノード電圧よりも低いときに電流I2をフィルタコンデンサCN、力率改善用高速ダイオードDr、3次巻線N3の順に流し、ダイオードD1には入力交流電圧のピークでのみ電流I1が流れる。そして、交流入力電圧VACの値が100Vのときは、力率PFの値が0.75以上の領域は負荷電力が200Wから20Wの範囲であり、交流入力電圧VACの値が230Vのときは、力率PFの値が0.75以上の領域は負荷電力が200Wから100Wの範囲である。   Further, in the voltage feedback type power factor improvement circuit using the tertiary winding N3, the cathode voltage of the power factor improving high-speed diode Dr is increased by the resonance pulse voltage induced in the tertiary winding N3. When the anode voltage is lower than the anode voltage of the diode Dr, the current I2 flows in the order of the filter capacitor CN, the power factor improving high speed diode Dr, and the tertiary winding N3, and the current I1 flows through the diode D1 only at the peak of the input AC voltage. When the value of the AC input voltage VAC is 100 V, the region where the value of the power factor PF is 0.75 or more is the range of the load power from 200 W to 20 W, and when the value of the AC input voltage VAC is 230 V, The region where the value of the power factor PF is 0.75 or more is the range where the load power is 200 W to 100 W.

図28は、このスイッチング電源回路のまた別の観点から見た特性を表すものであり、縦軸は電力変換効率ηAC→DC、力率PF、電圧Eiの各々を示すものであり、横軸は交流入力電圧VACの実効電圧値である。このときの負荷に供給される電力は200Wの一定とした。図28に示す縦軸と平行する斜線は、入力交流電圧100Vと入力交流電圧230Vの各々を示すものである。   FIG. 28 shows the characteristics of this switching power supply circuit seen from another point of view. The vertical axis represents power conversion efficiency ηAC → DC, power factor PF, and voltage Ei, and the horizontal axis represents It is an effective voltage value of the AC input voltage VAC. The power supplied to the load at this time was constant at 200W. The diagonal lines parallel to the vertical axis shown in FIG. 28 indicate the input AC voltage 100V and the input AC voltage 230V, respectively.

図29は図面代用写真であり、このスイッチング電源回路の要部の波形をオシロスコープで測定した写真を示すものである。図29の上から下に向かい、交流入力電圧VAC(図26を参照)、交流入力電流IAC(図26を参照)、電圧V1(図26を参照)、電流I1(図26を参照)、電圧V2(図26を参照)、電流I2(図26を参照)、電圧Ei(図26を参照)の変動分であるリップル電圧ΔEi、直流出力電圧Eo(図26を参照)の変動分であるリップル電圧ΔEoの各々を交流入力電圧VACの周期で示すものである。このときの負荷電力は比較的に大きなものとした場合の波形である。   FIG. 29 is a drawing-substituting photograph showing a photograph of the waveform of the main part of the switching power supply circuit measured with an oscilloscope. 29, the AC input voltage VAC (see FIG. 26), AC input current IAC (see FIG. 26), voltage V1 (see FIG. 26), current I1 (see FIG. 26), voltage, V2 (refer to FIG. 26), current I2 (refer to FIG. 26), ripple voltage ΔEi corresponding to variation of voltage Ei (refer to FIG. 26), ripple corresponding to variation of DC output voltage Eo (refer to FIG. 26) Each of the voltages ΔEo is indicated by a cycle of the AC input voltage VAC. The load power at this time is a waveform when it is relatively large.

図30も同様に図面代用写真であり、このスイッチング電源回路の要部の波形をオシロスコープで測定した写真を示すものである。図30の上から下に向かい、交流入力電圧VAC、交流入力電流IAC、電圧V1、電流I1、電圧V2、電流I2、電圧Eiの変動分であるリップル電圧ΔEi、直流出力電圧Eoの変動分であるリップル電圧ΔEoの各々を交流入力電圧VACの周期で示すものである。このときの負荷電力は比較的に小さなものとした場合の波形である。   FIG. 30 is also a drawing-substituting photograph, and shows a photograph of the waveform of the main part of the switching power supply circuit measured with an oscilloscope. From the top to the bottom of FIG. 30, the AC input voltage VAC, the AC input current IAC, the voltage V1, the current I1, the voltage V2, the current I2, the ripple voltage ΔEi that is the fluctuation of the voltage Ei, and the fluctuation of the DC output voltage Eo. Each ripple voltage ΔEo is indicated by the period of the AC input voltage VAC. The load power at this time is a waveform when the power is relatively small.

特開2000−324831号公報JP 2000-324831 A 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

上述した図20に示す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 push-pull converter shown in FIG. 20 described above, 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、軽負荷時に期間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 length of the period TOFF increases during light load, making it 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.

また、上述した図26に示すシングルエンデッドコンバータでは、制御範囲の値が広範囲(例えば、96kHzから205kHz)であり、市販の汎用品の制御回路・発振・ドライブ回路のICを制御回路として用いることが困難であった。このために、専用の回路を新たに設計せざるを得ず、スイッチング電源回路の価格は高価なものとなってしまうという問題を有している。   In the single-ended converter shown in FIG. 26 described above, the value of the control range is wide (for example, 96 kHz to 205 kHz), and a commercially available general-purpose control circuit / oscillation / drive circuit IC is used as the control circuit. It was difficult. For this reason, a dedicated circuit must be newly designed, and there is a problem that the price of the switching power supply circuit becomes expensive.

また、力率改善の効果については、交流入力電圧VACの値が100V系のときは、力率PFの値が0.75以上の領域は負荷電力が200Wから20Wの範囲であるが、交流入力電圧VACの値が230V系のときは、力率PFの値が0.75以上の領域は負荷電力が200Wから100Wの範囲の狭いものとなるという問題を有している。   As for the power factor improvement effect, when the value of the AC input voltage VAC is 100V, the region where the power factor PF is 0.75 or more is in the range of load power from 200W to 20W. When the value of the voltage VAC is 230V system, the region where the value of the power factor PF is 0.75 or more has a problem that the load power is narrow in the range of 200W to 100W.

また、力率改善回路を構成するための必要な構成部品の数は、コンバータトランスPITに巻回された3次巻線N3、フィルタコンデンサCN、力率改善用高速ダイオードDr、ダイオードD1、力率改善用インダクタLoの5点であり、部品点数が多い。   In addition, the number of necessary components for configuring the power factor correction circuit is as follows: the tertiary winding N3 wound around the converter transformer PIT, the filter capacitor CN, the power factor improving high speed diode Dr, the diode D1, the power factor There are five parts for the improvement inductor Lo, and the number of parts is large.

本発明は、上述した課題に鑑み、ノイズの発生を少なくし、制御における周波数の変化範囲の値を狭くし、スイッチング素子を1個として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。   In view of the above-described problems, the present invention provides a switching power supply circuit that reduces the occurrence of noise, narrows the frequency change range in control, and reduces the size of the apparatus by using one switching element. Objective.

本発明のスイッチング電源回路は、交流電力源から所定電圧の直流出力電圧を得るスイッチング電源回路であって、前記交流電力源からの交流電力を1次側直流電力に変換するための1次側整流素子および1次側平滑コンデンサを具備する1次側整流回路と、前記1次側直流電力がチョークコイルを介して、1次巻線の一方の巻端に供給され、前記1次巻線と前記1次巻線に対して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1次巻線の他方の巻端に接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を導通または切断とする発振・ドライブ回路と、前記チョークコイルおよび前記1次巻線に生じるインダクタとともに1次側並列共振回路を形成する1次側並列共振コンデンサと、前記1次巻線に生じるインダクタとともに1次側直列共振回路を形成する1次側直列共振コンデンサと、前記2次巻線に発生する交流電力を直流電力に変換して直流出力電圧を得る2次側整流回路と、前記直流出力電圧の値を所定の値とするような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、前記2次巻線に生じるインダクタとともに2次側並列共振回路を形成する2次側並列共振コンデンサと、を備え、前記1次側並列共振回路の共振周波数と、前記2次側並列共振回路の共振周波数とは略等しく設定され、前記1次側直列共振回路の共振周波数は、前記1次側並列共振回路の共振周波数または前記2次側並列共振回路の共振周波数の略1/2に設定されるものである。   A switching power supply circuit according to the present invention is a switching power supply circuit that obtains a DC output voltage of a predetermined voltage from an AC power source, and primary side rectification for converting AC power from the AC power source into primary DC power. A primary side rectifier circuit including an element and a primary side smoothing capacitor, and the primary side DC power is supplied to one winding end of a primary winding via a choke coil, and the primary winding and the A converter transformer having a secondary winding that is magnetically loosely coupled to the primary winding; a switching element connected to the other end of the primary winding; An oscillation / drive circuit to be disconnected, a primary side parallel resonant capacitor that forms a primary side parallel resonant circuit together with the choke coil and an inductor generated in the primary winding, and an input generated in the primary winding A primary side series resonant capacitor that forms a primary side series resonant circuit together with a transformer, a secondary side rectifier circuit that obtains a DC output voltage by converting AC power generated in the secondary winding into DC power, and the DC A secondary side parallel resonance circuit that forms a secondary side parallel resonance circuit together with a control circuit that supplies a control signal for setting the output voltage value to a predetermined value to the oscillation / drive circuit and an inductor generated in the secondary winding A resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit is set to be substantially equal to a resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit, and the resonance frequency of the primary side series resonance circuit is the primary frequency The resonance frequency of the side parallel resonance circuit or the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit is set to approximately ½.

このスイッチング電源回路では、1次側整流素子および1次側平滑コンデンサによって交流電力を1次側直流電力に一旦変換する。この1次側直流電力はチョークコイルを介してコンバータトランスの1次巻線の一方の巻端に供給される。また、コンバータトランスの1次巻線の他方の巻端にスイッチング素子が接続されており、このスイッチング素子は発振・ドライブ回路によって導通または切断とされ、コンバータトランスの1次巻線に交流電力を供給する。このコンバータトランスは1次巻線と2次巻線とを有しており、1次巻線と2次巻線とは磁気的に疎結合とされるので、1次巻線と2次巻線とには、各々、インダクタを生じる。チョークコイルおよび1次巻線に生じるインダクタと1次側並列共振コンデンサとによって1次側並列共振回路が形成され、1次巻線に生じるインダクタと1次側直列共振コンデンサとによって1次側直列共振回路が形成され、2次巻線に生じるインダクタと2次側並列共振コンデンサとによって2次側並列共振回路が形成される。また、2次側整流回路は2次巻線に発生する交流電力を直流電力に変換して直流出力電圧を得る。制御回路は制御信号を発振・ドライブ回路に供給して、この直流出力電圧の値を所定の値とする。そして、1次側並列共振回路の共振周波数と、2次側並列共振回路の共振周波数とは略等しく設定され、1次側直列共振回路の共振周波数は、1次側並列共振回路の共振周波数または2次側並列共振回路の共振周波数の略1/2に設定されることによって、広範な負荷の電力範囲でZVS動作が可能となる。   In this switching power supply circuit, AC power is once converted into primary DC power by the primary side rectifying element and the primary side smoothing capacitor. This primary side DC power is supplied to one end of the primary winding of the converter transformer via a choke coil. A switching element is connected to the other end of the primary winding of the converter transformer. This switching element is turned on or off by an oscillation / drive circuit to supply AC power to the primary winding of the converter transformer. To do. Since this converter transformer has a primary winding and a secondary winding, and the primary winding and the secondary winding are magnetically loosely coupled, the primary winding and the secondary winding Each produces an inductor. A primary side parallel resonance circuit is formed by the choke coil and the inductor generated in the primary winding and the primary side parallel resonance capacitor, and the primary side series resonance is formed by the inductor generated in the primary winding and the primary side series resonance capacitor. A circuit is formed, and a secondary parallel resonant circuit is formed by the inductor generated in the secondary winding and the secondary parallel resonant capacitor. The secondary side rectifier circuit converts AC power generated in the secondary winding to DC power to obtain a DC output voltage. The control circuit supplies a control signal to the oscillation / drive circuit to set the value of the DC output voltage to a predetermined value. The resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit are set to be approximately equal, and the resonance frequency of the primary side series resonance circuit is the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit or By setting the resonance frequency to approximately ½ of the resonance frequency of the secondary parallel resonance circuit, the ZVS operation can be performed over a wide load power range.

本発明によれば、ノイズの発生を少なくし、制御における周波数の変化範囲の値を狭くし、スイッチング素子を1個として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 in which the generation of noise is reduced, the value of the frequency change range in control is narrowed, and the size of the apparatus is reduced by using one switching element.

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、交流の電力源から所定電圧の直流出力電圧を得るスイッチング電源回路である。このスイッチング電源回路は、1次側として以下の構成を備える。交流電力源からの交流電力を1次側直流電力に変換するための1次側整流素子および1次側平滑コンデンサを具備する1次側整流回路を備える。また、1次側直流電力がチョークコイルを介して、ンバータトランスの1次巻線の一方の巻端に供給されるように、1次巻線とこの1次巻線に対して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を備える。また、1次巻線の他方の巻端に接続されるスイッチング素子を備える。また、スイッチング素子を導通または切断とする発振・ドライブ回路を備える。また、チョークコイルのインダクタおよび1次巻線に生じるインダクタとともに1次側並列共振回路を形成する1次側並列共振コンデンサを備える。また、1次巻線に生じるインダクタとともに1次側直列共振回路を形成する1次側直列共振コンデンサを備える。   The best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described. The switching power supply circuit according to the embodiment is a switching power supply circuit that obtains a predetermined DC output voltage from an AC power source. This switching power supply circuit has the following configuration as a primary side. A primary-side rectifier circuit including a primary-side rectifying element and a primary-side smoothing capacitor for converting AC power from an AC power source into primary-side DC power is provided. In addition, the primary winding and the primary winding are magnetically sparse so that the primary DC power is supplied to one end of the primary winding of the inverter transformer via the choke coil. A converter transformer having a secondary winding to be coupled is provided. Moreover, the switching element connected to the other winding end of a primary winding is provided. In addition, an oscillation / drive circuit that turns on or off the switching element is provided. In addition, a primary side parallel resonant capacitor that forms a primary side parallel resonant circuit together with the inductor of the choke coil and the inductor generated in the primary winding is provided. In addition, a primary side series resonance capacitor that forms a primary side series resonance circuit together with an inductor generated in the primary winding is provided.

また、2次側として以下の構成を備える。2次巻線に発生する交流電力を直流電力に変換して直流出力電圧を得る2次側整流回路を備える。また、直流出力電圧の値を所定の値とするような制御信号を発振・ドライブ回路に供給する制御回路を備える。また、2次巻線に生じるインダクタとともに2次側並列共振回路を形成する2次側並列共振コンデンサを備える。   Moreover, the following structure is provided as a secondary side. A secondary-side rectifier circuit is provided that converts AC power generated in the secondary winding into DC power to obtain a DC output voltage. In addition, a control circuit is provided for supplying a control signal for setting the value of the DC output voltage to a predetermined value to the oscillation / drive circuit. In addition, a secondary parallel resonant capacitor that forms a secondary parallel resonant circuit together with an inductor generated in the secondary winding is provided.

1次側並列共振回路の共振周波数と、1次側直列共振回路の共振周波数と、2次側並列共振回路の共振周波数との相互の周波数の関係は、以下のように設定される。すなわち、1次側並列共振回路の共振周波数と、2次側並列共振回路の共振周波数とは略等しく設定され、1次側直列共振回路の共振周波数は、1次側並列共振回路の共振周波数または2次側並列共振回路の共振周波数の略1/2に設定される。ここで、略等しくとは、1次側並列共振回路の共振周波数または2次側並列共振回路のいずれか一方の共振周波数に対して他方の共振周波数が2割程度の範囲内にあることをいうものである。また、略1/2とは、1次側並列共振回路の共振周波数または2次側並列共振回路の共振周波数の1/2に対して2割程度の範囲内にあることをいうものである。   The mutual frequency relationship among the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit, the resonance frequency of the primary side series resonance circuit, and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit is set as follows. That is, the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit are set to be approximately equal, and the resonance frequency of the primary side series resonance circuit is equal to the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit or It is set to approximately ½ of the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit. Here, “substantially equal” means that the resonance frequency of the other side of the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit or the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit is in the range of about 20%. Is. Further, “substantially 1/2” means that the resonance frequency is within about 20% of the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit or 1/2 of the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit.

(第1実施形態のスイッチング電源回路)
第1実施形態のスイッチング電源回路は、1個のスイッチング素子を備えるE級スイッチング増幅器による電圧共振シングルエンデッド多重共振コンバータとして構成される。この多重共振コンバータは1次側の共振回路(1次側共振回路)と2次側の共振回路(2次側共振回路)とを備える。1次側共振回路は、1次側並列共振コンデンサとチョークコイルのインダクタによって共振周波数が支配を受ける1次側並列共振回路と、1次側直列共振コンデンサと1次巻線に生じるインダクタによって共振周波数が支配を受ける1次側直列共振回路と、を具備する。2次側共振回路は、2次側並列共振コンデンサと2次巻線に生じるインダクタとによって共振周波数が支配を受ける2次側並列共振回路を具備する。ここで、コンバータトランスの1次巻線と2次巻線との結合係数は、0.8以下の疎結合とされ、これによって、1次巻線および2次巻線の各々に漏れインダクタとしてインダクタが生じるものである。そして、1次側並列共振回路の共振周波数と、2次側並列共振回路の共振周波数とは略等しく設定され、1次側直列共振回路の共振周波数は、1次側並列共振回路の共振周波数または2次側並列共振回路の共振周波数の略1/2に設定される。
(Switching power supply circuit of the first embodiment)
The switching power supply circuit according to the first embodiment is configured as a voltage resonance single-ended multiple resonance converter using a class E switching amplifier including one switching element. The multiple resonance converter includes a primary side resonance circuit (primary side resonance circuit) and a secondary side resonance circuit (secondary side resonance circuit). The primary side resonance circuit has a resonance frequency by a primary side parallel resonance circuit whose resonance frequency is governed by a primary side parallel resonance capacitor and an inductor of a choke coil, a primary side series resonance capacitor, and an inductor generated in the primary winding. And a primary-side series resonant circuit that is controlled by. The secondary side resonance circuit includes a secondary side parallel resonance circuit whose resonance frequency is governed by a secondary side parallel resonance capacitor and an inductor generated in the secondary winding. Here, the coupling coefficient between the primary winding and the secondary winding of the converter transformer is a loose coupling of 0.8 or less, so that an inductor serves as a leakage inductor in each of the primary winding and the secondary winding. Will occur. The resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit are set to be approximately equal, and the resonance frequency of the primary side series resonance circuit is the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit or It is set to approximately ½ of the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit.

第1実施形態のスイッチング電源回路の主要部について、図1を参照して説明する。   The main part of the switching power supply circuit according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図1に示す第1実施形態のスイッチング電源回路は、コンバータトランスPIT(図2を参照)によって1次側と2次側とが分離されている。1次側は以下の主要なる構成部材を有して形成されている。商用交流電力が供給されるダイオードDi1ないしダイオードDi4がブリッジ接続された1次側整流素子Diと、1次側整流素子Diで整流して得られた脈流電圧を平滑して1次側の直流電力を得る1次側平滑コンデンサCiと、を備える。また、この1次側直流電力が、巻線Npの一方の巻端に供給されるチョークコイルPCCを備える。このチョークコイルPCCは、コアに巻線Npが巻回されて形成され、インダクタLpとして機能する。また、このチョークコイルPCCの巻線Npの他方の巻端に接続されるコンバータトランスPITを備える。コンバータトランスPITは、1次巻線N1と1次巻線N1に対して磁気的に疎結合、例えば結合係数が0.8以下とされる2次巻線N2とを有し、上述したように、コンバータトランスPITの1次巻線N1の一方の巻端にチョークコイルPCCの他方の巻端が接続され、このコンバータトランスPITの他方の巻端にはスイッチング素子Q1が接続される。スイッチング素子Q1はその内部にボディダイオードDD1を有するMOS―FETが用いられ、このMOS―FETのドレインがコンバータトランスPITの1次巻線N1の他方の巻端に接続される。また、スイッチング素子Q1に並列に接続される1次側並列共振コンデンサC1を備えている。また、スイッチング素子Q1のソースと1次巻線N1の他方の巻端とは1次側直列共振コンデンサC2を介して接続される。   In the switching power supply circuit of the first embodiment shown in FIG. 1, the primary side and the secondary side are separated by a converter transformer PIT (see FIG. 2). The primary side has the following main components. A primary side rectifying element Di to which a diode Di1 to a diode Di4 to which commercial AC power is supplied is bridge-connected, and a pulsating voltage obtained by rectification by the primary side rectifying element Di are smoothed to obtain a direct current on the primary side. A primary side smoothing capacitor Ci for obtaining electric power. The primary side DC power is provided with a choke coil PCC supplied to one winding end of the winding Np. The choke coil PCC is formed by winding a winding Np around a core and functions as an inductor Lp. Further, a converter transformer PIT connected to the other winding end of the winding Np of the choke coil PCC is provided. The converter transformer PIT has a primary winding N1 and a secondary winding N2 that is magnetically loosely coupled to the primary winding N1, for example, a coupling coefficient of 0.8 or less, as described above. The other winding end of the choke coil PCC is connected to one winding end of the primary winding N1 of the converter transformer PIT, and the switching element Q1 is connected to the other winding end of the converter transformer PIT. The switching element Q1 uses a MOS-FET having a body diode DD1 therein, and the drain of the MOS-FET is connected to the other winding end of the primary winding N1 of the converter transformer PIT. Moreover, the primary side parallel resonant capacitor C1 connected in parallel with the switching element Q1 is provided. Further, the source of the switching element Q1 and the other winding end of the primary winding N1 are connected via a primary side series resonance capacitor C2.

このような接続態様によって、1次側並列共振コンデンサC1とチョークコイルPCCのインダクタLpとによって共振周波数が支配を受ける1次側並列共振回路と、1次側直列共振コンデンサC2と1次巻線N1に生じるインダクタL1とによって共振周波数が支配を受ける1次側直列共振回路と、を各々形成する。1次側並列共振回路の共振周波数が支配を受けるとは、1次側並列共振コンデンサC1とインダクタLpによって1次側並列共振回路の共振周波数fop1が殆ど定まることをいうものである。例えば、1次側平滑コンデンサCiも1次側並列共振回路の共振周波数に影響を与えるが、1次側並列共振コンデンサC1のキャパシタンスの値に較べて、1次側平滑コンデンサCiのキャパシタンスの値は1000倍以上大きいために、1次側平滑コンデンサCiは1次側並列共振回路の共振周波数に大きな影響を与えるものではない。   With such a connection mode, the primary side parallel resonance circuit whose resonance frequency is dominated by the primary side parallel resonance capacitor C1 and the inductor Lp of the choke coil PCC, the primary side series resonance capacitor C2, and the primary winding N1. And a primary side series resonance circuit whose resonance frequency is governed by the inductor L1 generated in the circuit. The fact that the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit is governed means that the resonance frequency fp1 of the primary side parallel resonance circuit is almost determined by the primary side parallel resonance capacitor C1 and the inductor Lp. For example, the primary side smoothing capacitor Ci also affects the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit, but compared to the capacitance value of the primary side parallel resonance capacitor C1, the capacitance value of the primary side smoothing capacitor Ci is Since it is 1000 times larger, the primary side smoothing capacitor Ci does not greatly affect the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit.

また、1次側直列共振回路の共振周波数が支配を受けるとは、1次側直列共振コンデンサC2とインダクタL1によって1次側直列共振回路の共振周波数fos1が殆ど定まることをいうものである。例えば、インダクタLpも1次側直列共振回路の共振周波数に影響を与えるが、インダクタL1のインダクタンスの値に較べて、インダクタLpのインダクタンスの値は大きいために、インダクタLpは1次側直列共振回路の共振周波数に大きな影響を与えるものではない。   Further, the fact that the resonance frequency of the primary side series resonance circuit is governed means that the resonance frequency fos1 of the primary side series resonance circuit is almost determined by the primary side series resonance capacitor C2 and the inductor L1. For example, the inductor Lp also affects the resonance frequency of the primary side series resonance circuit, but since the inductance value of the inductor Lp is larger than the inductance value of the inductor L1, the inductor Lp is the primary side series resonance circuit. It does not greatly affect the resonance frequency.

スイッチング素子Q1は、発振・ドライブ回路2によって、オンまたはオフのいずれの状態とするかが制御される。より、具体的にはスイッチング素子Q1のゲートが発振・ドライブ回路2によって制御される。   The switching element Q1 is controlled by the oscillation / drive circuit 2 to be turned on or off. More specifically, the gate of the switching element Q 1 is controlled by the oscillation / drive circuit 2.

また、コンバータトランスPITの2次側は以下の主要なる構成部材を有して形成されている。2次巻線N2には2次側並列共振コンデンサC3が接続されるとともに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を有して形成される2次側整流素子Doが接続される。このような接続態様によって、交流電力を直流電力に変換する整流・平滑の機能を有するとともに2次側並列共振回路としても機能するようになされている。   Further, the secondary side of the converter transformer PIT has the following main components. A secondary side parallel resonant capacitor C3 is connected to the secondary winding N2, and a secondary side rectifying element Do formed with a high speed switching diode Do1 to a high speed switching diode Do4 is connected to the secondary winding N2. By such a connection mode, it has a function of rectification / smoothing that converts AC power into DC power, and also functions as a secondary parallel resonance circuit.

整流・平滑の機能は、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と2次側平滑コンデンサCoによって得られる。2次側並列共振回路は、コンバータトランスPITの2次巻線N2に生じる漏れインダクタであるインダクタL2と2次側並列共振コンデンサC3とで2次側並列共振回路の共振周波数である共振周波数fop2を支配的に定めるようにして形成されている。   The function of rectification / smoothing is obtained by the high-speed switching diode Do1, the high-speed switching diode Do2, and the secondary side smoothing capacitor Co. The secondary side parallel resonance circuit has a resonance frequency fp2 that is a resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit by an inductor L2 that is a leakage inductor generated in the secondary winding N2 of the converter transformer PIT and a secondary side parallel resonance capacitor C3. It is formed so as to be dominant.

ここで、2次側並列共振回路の共振周波数fop2を支配的に定めるとは、インダクタL2と2次側並列共振コンデンサC3とによって2次側並列共振回路の共振周波数が殆ど定まることをいうものである。例えば、2次側平滑コンデンサCoも2次側並列共振回路の共振周波数に影響を与えるが、2次側並列共振コンデンサC3のキャパシタンスの値に較べて、2次側平滑コンデンサCoのキャパシタンスの値は1000倍以上大きいために、2次側平滑コンデンサCoは2次側並列共振回路の共振周波数に大きな影響を与えるものではない。   Here, the dominant determination of the resonance frequency fp2 of the secondary side parallel resonance circuit means that the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit is almost determined by the inductor L2 and the secondary side parallel resonance capacitor C3. is there. For example, the secondary side smoothing capacitor Co also affects the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit, but the capacitance value of the secondary side smoothing capacitor Co is smaller than the capacitance value of the secondary side parallel resonance capacitor C3. Since it is 1000 times larger, the secondary side smoothing capacitor Co does not greatly affect the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit.

2次側整流回路は、所謂、全波整流回路とされており、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Do2をブリッジ接続して形成される2次側整流素子Doによって整流され、2次側平滑コンデンサCoによって平滑されるようになされている。そして、2次側平滑コンデンサCoの両端から直流出力電圧Eoを得るようにしている。この直流出力電圧Eoは制御回路1で検出され、制御回路1の内部に配される図示しない基準電位と直流出力電圧Eoとの差の電圧である誤差電圧を得て、この誤差電圧を零とするように制御回路1は発振・ドライブ回路2を制御するようになされている。   The secondary-side rectifier circuit is a so-called full-wave rectifier circuit, and is rectified by a secondary-side rectifier element Do formed by bridge-connecting the high-speed switching diode Do1 to the high-speed switching diode Do2, and a secondary-side smoothing capacitor. Smoothed by Co. The DC output voltage Eo is obtained from both ends of the secondary side smoothing capacitor Co. The DC output voltage Eo is detected by the control circuit 1 to obtain an error voltage which is a difference voltage between a reference potential (not shown) arranged in the control circuit 1 and the DC output voltage Eo, and this error voltage is set to zero. Thus, the control circuit 1 controls the oscillation / drive circuit 2.

ここで、1次側並列共振回路の共振周波数fop1と2次側並列共振回路の共振周波数fop2との関係は、共振周波数fop1と共振周波数fop2とが略等しくなるように設定されている。また、1次側直列共振回路の共振周波数fos1は、1次側並列共振回路の共振周波数fop1または2次側並列共振回路の共振周波数fop2の略1/2に設定される。   Here, the relationship between the resonance frequency fp1 of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency fp2 of the secondary side parallel resonance circuit is set so that the resonance frequency hop1 and the resonance frequency hop2 are substantially equal. The resonance frequency fos1 of the primary side series resonance circuit is set to approximately ½ of the resonance frequency fopl of the primary side parallel resonance circuit or the resonance frequency fop2 of the secondary side parallel resonance circuit.

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次側に至るまでの構成について、さらに詳細に説明をするとともに、どの様にスイッチング電源回路が動作するかについて順に説明する。   The configuration from the AC power supply AC side to the secondary side of the switching power supply circuit shown in FIG. 1 will be described in further detail and how the switching power supply circuit operates 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、図示しないプラグが、図示しない電源スイッチと図示しないヒューズとを介して接続され、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。そして、このコモンモードフィルタの作用によってスイッチング素子Q1のスイッチングに応じて発生するスイッチングノイズのコモンモード成分が交流電源AC側に流出するのが阻止される。   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. 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 (not shown) and a fuse (not shown), and this plug is inserted into an outlet connected to the AC power supply AC. As a result, AC power is supplied to the switching power supply circuit. The common mode filter prevents the common mode component of the switching noise generated in response to the switching of the switching element Q1 from flowing out to the AC power supply AC side.

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)の各々の端部は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Di3のカソードとの接続点およびダイオードDi2のアノードとダイオードDi4のカソードとの接続点の各々に接続されている。すなわち、1次側整流素子DiはダイオードDi1ないしダイオードDi4をブリッジ接続して構成するものである。これによって、交流電源ACから供給される交流電力は直流電力に変換され、ダイオードDi1のカソードとダイオードDi2のカソードとの接続点から正側の電圧が得られ、ダイオードDi3のアノードとダイオードDi4のアノードとの接続点から負側の電圧が得られる。   Each end of the output side of the common mode filter (across line capacitor CL2 side) is connected to the connection point between the anode of the diode Di1 and the cathode of the diode Di3 which are the input side of the primary side rectifying element Di, and the anode of the diode Di2. The diode Di4 is connected to each of the connection points with the cathode. That is, the primary side rectifying element Di is configured by connecting the diodes Di1 to Di4 in a bridge connection. As a result, AC power supplied from the AC power supply AC is converted to DC power, and a positive voltage is obtained from the connection point between the cathode of the diode Di1 and the cathode of the diode Di2, and the anode of the diode Di3 and the anode of the diode Di4 are obtained. Negative voltage is obtained from 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Di2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Di3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。そして、1次側平滑コンデンサCiの正側にはチョークコイルPCCが接続されている。このようにして1次側整流素子Diと1次側平滑コンデンサCiとによって1次側平滑回路が形成され1次側平滑コンデンサCiの両端から直流電圧である電圧Eiが得ら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 and the cathode of the diode Di2 which is the output side of the primary side rectifying element Di, and the anode of the diode Di3 and the anode of the diode Di4 Is connected to the negative terminal of the primary smoothing capacitor Ci. A choke coil PCC is connected to the positive side of the primary smoothing capacitor Ci. In this way, a primary side smoothing circuit is formed by the primary side rectifying element Di and the primary side smoothing capacitor Ci, and a voltage Ei which is a DC voltage is obtained from both ends of the primary side smoothing capacitor Ci. .

シングルエンデッドコンバータは、スイッチング素子Q1、1次側並列共振コンデンサC1、制御回路1、発振・ドライブ回路2、チョークコイルPCC、コンバータトランスPIT、2次側並列共振コンデンサ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。このシングルエンデッドコンバータは商用周波数に較べて、例えば、1000倍以上の周波数の交流を発生して、高周波トランスであるコンバータトランスPITを介して1次側と2次側との間において電圧の変換をするとともに、1次側と2次側とを絶縁する。このように、商用周波数に較べて非常に高い周波数を用いることによってコンバータトランスPITを始めとするシングルエンデッドコンバータを構成する部品の小型化が図れる。   The single-ended converter includes a switching element Q1, a primary side parallel resonant capacitor C1, a control circuit 1, an oscillation / drive circuit 2, a choke coil PCC, a converter transformer PIT, a secondary side parallel resonant capacitor C3, and a secondary side rectifier element Do. A secondary side smoothing capacitor Co is provided. This single-ended converter generates, for example, an alternating current having a frequency 1000 times higher than the commercial frequency, and converts the voltage between the primary side and the secondary side via a converter transformer PIT that is a high-frequency transformer. In addition, the primary side and the secondary side are insulated. In this way, by using a very high frequency compared with the commercial frequency, it is possible to reduce the size of the components constituting the single-ended converter including the converter transformer PIT.

スイッチング素子Q1はMOS−FETとされ、ボディダイオードDD1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。このボディダイオードDD1はMOS−FETのソースからドレイン方向へ流れる電流経路を形成する。   The switching element Q1 is a MOS-FET, and the body diode DD1 is a diode formed in the process of manufacturing the MOS-FET. The body diode DD1 forms a current path that flows from the source to the drain of the MOS-FET.

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おこない、インダクタL1、インダクタL2の各々のインダクタを形成する。ここで、インダクタL1、インダクタL2の各々は、コンバータトランスPITの1次巻線N1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。ここで1次巻線N1と2次巻線N2との結合係数kの値としては、0.7を採用している。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PITの断面図を示して説明する。   The converter transformer PIT insulates the primary side from the secondary side and performs voltage conversion to form inductors L1 and L2. Here, each of inductor L1 and inductor L2 is a leakage inductor formed by loose coupling of primary winding N1 and secondary winding N2 of converter transformer PIT. Here, 0.7 is adopted as the value of the coupling coefficient k between the primary winding N1 and the secondary winding N2. How to form such a leakage inductor will be described with reference to a cross-sectional view of the converter transformer PIT shown in FIG.

本実施形態のスイッチング電源回路に用いるコンバータトランスPITは図2に示すように、フェライト材によるEER型コアCR1とEER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EER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が巻装され、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EER型コアに取り付けることで、1次巻線N1が一の領域に巻装され、2次巻線N2および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、EER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が構成される。   As shown in FIG. 2, the converter transformer PIT used in the switching power supply circuit of the present embodiment includes an EER type core in which an EER type core CR1 and an EER type core CR2 made of a ferrite 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 is wound as the primary winding portion and the secondary winding N2 is wound as the secondary winding portion is attached to the EER type core. The secondary winding N1 is wound in one region, the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ are separated into a winding region different from this one region, and are wound around the central magnetic leg of the EER type core. Will be in a state. Thus, the converter transformer PIT is configured.

ここで、図2に示すように、ギャップGが存在するために、このギャップGから磁束の一部が漏れ、1次巻線N1と、2次巻線N2と、の両方には鎖交しない磁束が発生して、1次巻線N1と2次巻線N2とは相互に疎結合とされる。   Here, as shown in FIG. 2, since the gap G exists, a part of the magnetic flux leaks from the gap G, and the primary winding N1 and the secondary winding N2 are not linked to both. Magnetic flux is generated, and the primary winding N1 and the secondary winding N2 are loosely coupled to each other.

図1に示すスイッチング電源回路に用いられる図2に示すコンバータトランスPITでは、このEER型コアの中央磁脚に対しては、1.4mm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、上述したように0.7が得られた。ギャップGは、EER型コアCR1およびEER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−40(コア材名称)とした。   In the converter transformer PIT shown in FIG. 2 used in the switching power supply circuit shown in FIG. 1, a gap G of 1.4 mm is formed with respect to the central magnetic leg of the EER type core. As a result, 0.7 was obtained as the value of the coupling coefficient k between the primary side and the secondary side. The gap G is formed by making the central magnetic legs of the EER type core CR1 and the EER type core CR2 shorter than the two outer magnetic legs. The core material was EER-40 (core material name).

また、1次巻線N1の巻数は60T(ターン)とし、2次巻線N2巻数は45Tとした。このときの直流出力電圧Eoの値は175V(ボルト)を得るものとした。   The number of turns of the primary winding N1 was 60T (turns), and the number of turns of the secondary winding N2 was 45T. At this time, the value of the DC output voltage Eo is 175 V (volts).

1次側の具体的な各部の定数について説明をする。1次側並列共振コンデンサC1のキャパシタンスの値は7500pF(ピコ・ファラッド)、1次側直列共振コンデンサC2のキャパシタンスの値は0.047μF(マイクロ・ファラッド)、2次側並列共振コンデンサC3のキャパシタンスの値は0.018μFである。チョークコイルは、コア材としてEER−28を用い、インダクタLpのインダクタンスの値は865μH(マイクロ・ヘンリ)である。このような設定によって、1次側並列共振回路の共振周波数fop1の値としては62.5kHz(キロ・ヘルズ)、2次側並列共振回路の共振周波数fop2の値としては65.6kHz、1次側直列共振回路の共振周波数fos1の値としては31.5kHzを各々得ている。   Specific constants of each part on the primary side will be described. The capacitance value of the primary side parallel resonance capacitor C1 is 7500 pF (pico farad), the capacitance value of the primary side series resonance capacitor C2 is 0.047 μF (micro farad), and the capacitance value of the secondary side parallel resonance capacitor C3. The value is 0.018 μF. The choke coil uses EER-28 as a core material, and the inductance value of the inductor Lp is 865 μH (micro Henry). With this setting, the value of the resonance frequency fp1 of the primary side parallel resonance circuit is 62.5 kHz (kilo-Hells), and the value of the resonance frequency fop2 of the secondary side parallel resonance circuit is 65.6 kHz, the primary side As the value of the resonance frequency fos1 of the series resonance circuit, 31.5 kHz is obtained.

また、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のゲートを駆動する。このような接続態様によって、制御回路1の内部に設けられた基準電源の電圧値と、直流出力電圧Eoを分圧した電圧の電圧値と、が等しくなるように制御をすることができる。ここで、直流出力電圧Eoを得るための2次側の整流回路については、全波整流回路とされ、この全波整流回路は、ブリッジ整流回路を形成する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Do2と2次側平滑コンデンサCoとで構成されている。   The output of the oscillation / drive circuit 2 is connected to the gate of the switching element Q1. The oscillation / drive circuit 2 drives the gate of the switching element Q 1 in accordance with the output from the control circuit 1. By such a connection mode, it is possible to control so that the voltage value of the reference power source provided in the control circuit 1 is equal to the voltage value of the voltage obtained by dividing the DC output voltage Eo. Here, the secondary-side rectifier circuit for obtaining the DC output voltage Eo is a full-wave rectifier circuit, and this full-wave rectifier circuit includes a high-speed switching diode Do1 to a high-speed switching diode Do2 that form a bridge rectifier circuit. It consists of a secondary smoothing capacitor Co.

図3に、スイッチング周期における図1に示すスイッチング電源回路の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における値である。図3の上段から順に、電圧V1(図1を参照)、電流IQ1(図1を参照)、電流I1(図1を参照)、電流I2(図1を参照)、電圧V2(図1を参照)、電圧V3(図1を参照)、電流I3(図1を参照)、電流I4(図1を参照)の各々を示すものである。   FIG. 3 shows operation waveforms of each part of the switching power supply circuit shown in FIG. 1 in the switching period. The load power at this time is 300 W, and the input AC voltage is a value at 100 V. In order from the top of FIG. 3, voltage V1 (see FIG. 1), current IQ1 (see FIG. 1), current I1 (see FIG. 1), current I2 (see FIG. 1), voltage V2 (see FIG. 1) ), Voltage V3 (see FIG. 1), current I3 (see FIG. 1), and current I4 (see FIG. 1).

図4に、スイッチング周期における図1に示すスイッチング電源回路の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における値である。図3の上段から順に、電圧V1、電流IQ1、電流I1、電流I2、電圧V2、電圧V3、電流I3、電流I4の各々を示すものである。   FIG. 4 shows operation waveforms of the respective parts of the switching power supply circuit shown in FIG. 1 in the switching period. The load power at this time is 0 W, and the input AC voltage is 100 V. In order from the top in FIG. 3, each of voltage V1, current IQ1, current I1, current I2, voltage V2, voltage V3, current I3, and current I4 is shown.

図5は、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、スイッチング素子Q1のゲートを制御する信号の周波数fs、スイッチング素子Q1が導通する期間である期間TON、スイッチング素子Q1が切断する期間である期間TOFFの値の各々を示している。   FIG. 5 shows power conversion efficiency ηAC → DC with respect to load fluctuation when the load power Po is in the range of 0 W (no load) to 300 W, the frequency fs of the signal for controlling the gate of the switching element Q1, and the switching element Q1 conducting. Each of the values of the period TON, which is a period during which the switching element Q1 is disconnected, and the period TOFF, which is the period during which the switching element Q1 is disconnected, are shown.

上述の実験データから図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。交流入力電圧VACが100V、負荷電力300Wにおける電力変換効率ηAC→DCは91.5%であり、負荷電力300Wから100Wにおける電力変換効率ηAC→DCは90%以上である。負荷電力が300Wから0Wの範囲で期間TOFFの値は一定であり、期間TONの変化によって、周波数fsは71.4kHzから125kHzの範囲で変化する。   From the above experimental data, the following becomes clear about the switching power supply circuit shown in FIG. The power conversion efficiency ηAC → DC at an AC input voltage VAC of 100 V and a load power of 300 W is 91.5%, and the power conversion efficiency ηAC → DC at a load power of 300 W to 100 W is 90% or more. The value of the period TOFF is constant when the load power is in the range of 300 W to 0 W, and the frequency fs changes in the range of 71.4 kHz to 125 kHz as the period TON changes.

図1に示す第1実施形態のシングルエンデッドコンバータと背景技術に示すシングルエンデッドコンバータとを比較すると、第1実施形態のシングルエンデッドコンバータは以下の特徴を有している。   When the single-ended converter of the first embodiment shown in FIG. 1 is compared with the single-ended converter shown in the background art, the single-ended converter of the first embodiment has the following characteristics.

背景技術の多重共振形コンバータでは、ZVS動作を200W以上の全領域でおこなうことが困難であり、負荷電力を200W以上とするができなかったが、第1実施形態におけるように、共振周波数fop1と共振周波数fop2とが略等しくなるように設定し、1次側直列共振回路の共振周波数fos1を、1次側並列共振回路の共振周波数fop1または2次側並列共振回路の共振周波数fop2の略1/2に設定することによって、200W以上の負荷電力に対応することができるものである。   In the multi-resonance converter of the background art, it is difficult to perform the ZVS operation in the entire region of 200 W or more, and the load power cannot be set to 200 W or more. However, as in the first embodiment, the resonance frequency fp1 The resonance frequency fop2 is set to be substantially equal to the resonance frequency fos1 of the primary side series resonance circuit, and the resonance frequency fop1 of the primary side parallel resonance circuit is approximately 1 / of the resonance frequency fop2 of the secondary side parallel resonance circuit. By setting to 2, load power of 200 W or more can be handled.

背景技術の多重共振形コンバータでは、負荷電力200W以上の場合には、スイッチング周波数の制御範囲が広くなりすぎて汎用の制御用のICを用いることは困難であったが、第1実施形態の図1に示すスイッチング電源回路では、負荷電力が300Wから0Wの範囲で制御範囲は54kHzであり、汎用の制御用のICを用いることができる。   In the multi-resonance converter of the background art, when the load power is 200 W or more, it is difficult to use a general-purpose control IC because the control range of the switching frequency becomes too wide, but the diagram of the first embodiment In the switching power supply circuit shown in FIG. 1, the load power ranges from 300 W to 0 W, the control range is 54 kHz, and a general-purpose control IC can be used.

また、スイッチング素子Q1の耐電圧を1800Vとすれば、入力交流電圧が100V系と230V系との両方において、ZVS領域も負荷電力が300W以上までのすべての範囲に拡大できる。   Further, if the withstand voltage of the switching element Q1 is 1800V, the ZVS region can be expanded to all ranges up to 300W or more of load power in both the 100V system and 230V system of the input AC voltage.

また、E級スイッチング増幅器としてスイッチング電源回路を構成することによって、1次側平滑コンデンサCiから流入する電流は直流に近いものとなり、リップル電圧が低減し、ノイズの発生も少ないものとなる。   Further, by configuring the switching power supply circuit as a class E switching amplifier, the current flowing from the primary side smoothing capacitor Ci becomes close to direct current, the ripple voltage is reduced, and the generation of noise is reduced.

また、1次巻線N1に共振電流である電流I2が流れることによって、2次側の整流電流である電流I4のアンバランスが低減される。   Further, the current I2 that is the resonance current flows through the primary winding N1, thereby reducing the unbalance of the current I4 that is the secondary side rectified current.

(第1実施形態の変形例)
図6、図7を参照して第1実施形態の変形例について説明をする。図6に示すスイッチング電源回路は、2次側整流回路として、両波整流回路を用いるものである。2次巻線は、センタータップを有して形成される2次巻線N2と2次巻線N2’とによって構成され、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によって整流がおこなわれる。2次側並列共振回路は、2次巻線の両端に2次側並列共振コンデンサC3を接続されることによって構成される。
(Modification of the first embodiment)
A modification of the first embodiment will be described with reference to FIGS. The switching power supply circuit shown in FIG. 6 uses a double-wave rectifier circuit as the secondary rectifier circuit. The secondary winding is composed of a secondary winding N2 and a secondary winding N2 ′ formed with a center tap, and rectification is performed by the high-speed switching diode Do1 and the high-speed switching diode Do2. The secondary parallel resonant circuit is configured by connecting a secondary parallel resonant capacitor C3 to both ends of the secondary winding.

図7に示すスイッチング電源回路は、2次側整流回路として、半波整流回路を用いるものである。高速スイッチングダイオードDo1によって整流がおこなわれる。   The switching power supply circuit shown in FIG. 7 uses a half-wave rectifier circuit as a secondary side rectifier circuit. Rectification is performed by the high-speed switching diode Do1.

(第2実施形態のスイッチング電源回路)
第2実施形態のスイッチング電源回路は、上述した第1実施形態のスイッチング電源回路に加え、さらに、アクテイブクランプ回路を備えるものである。E級スイッチング増幅器による電圧共振シングルエンデッド多重共振コンバータとしての基本的な構成は、第1実施形態と同様の以下の構成を有している。多重共振コンバータは、1次側の共振回路(1次側共振回路)と2次側の共振回路(2次側共振回路)とを備える。1次側共振回路は、1次側並列共振コンデンサとチョークコイルのインダクタによって共振周波数が支配を受ける1次側並列共振回路と、1次側直列共振コンデンサと1次巻線に生じるインダクタによって共振周波数が支配を受ける1次側直列共振回路と、を具備する。2次側共振回路は、2次側並列共振コンデンサと2次巻線に生じるインダクタとによって共振周波数が支配を受ける2次側並列共振回路を具備する。ここで、コンバータトランスの1次巻線と2次巻線との結合係数は、0.8以下の疎結合とされ、これによって、1次巻線および2次巻線の各々に漏れインダクタとしてインダクタが生じるものである。そして、1次側並列共振回路の共振周波数と、2次側並列共振回路の共振周波数とは略等しく設定され、1次側直列共振回路の共振周波数は、1次側並列共振回路の共振周波数または2次側並列共振回路の共振周波数の略1/2に設定される。
(Switching power supply circuit of the second embodiment)
The switching power supply circuit according to the second embodiment includes an active clamp circuit in addition to the switching power supply circuit according to the first embodiment described above. The basic configuration as a voltage resonant single-ended multiple resonant converter using a class E switching amplifier has the following configuration similar to that of the first embodiment. The multiple resonance converter includes a primary side resonance circuit (primary side resonance circuit) and a secondary side resonance circuit (secondary side resonance circuit). The primary side resonance circuit has a resonance frequency by a primary side parallel resonance circuit whose resonance frequency is governed by a primary side parallel resonance capacitor and an inductor of a choke coil, a primary side series resonance capacitor, and an inductor generated in the primary winding. And a primary-side series resonant circuit that is controlled by. The secondary side resonance circuit includes a secondary side parallel resonance circuit whose resonance frequency is governed by a secondary side parallel resonance capacitor and an inductor generated in the secondary winding. Here, the coupling coefficient between the primary winding and the secondary winding of the converter transformer is a loose coupling of 0.8 or less, so that an inductor serves as a leakage inductor in each of the primary winding and the secondary winding. Will occur. The resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit are set to be approximately equal, and the resonance frequency of the primary side series resonance circuit is the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit or It is set to approximately ½ of the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit.

アクテイブクランプ回路は、クランプ用コンデンサと補助スイッチング素子との直列接続回路として構成され、チョークコイルの両端にこのアクテイブクランプ回路が接続される。補助スイッチング素子は、スイッチング素子が導通するときに切断とされ、スイッチング素子が切断するときに、その切断される期間内において導通とされる(このような動作を相補的と称して以下では用いる)。このような動作によって、補助スイッチング素子は、スイッチング素子が導通するときには負荷となることはなく、スイッチング素子が切断するときにはスイッチング素子の両端に生じる電圧をクランプして、スイッチング素子の耐電圧を低いものとできる。補助スイッチング素子の導通と切断の制御は、チョークコイルに施したクランプ用巻線に生じる電圧によっておこなわれる。   The active clamp circuit is configured as a series connection circuit of a capacitor for clamping and an auxiliary switching element, and the active clamp circuit is connected to both ends of the choke coil. The auxiliary switching element is disconnected when the switching element is turned on, and is turned on when the switching element is cut off (this operation is referred to as complementary hereinafter and used). . By such an operation, the auxiliary switching element does not become a load when the switching element is conducted, and when the switching element is disconnected, the voltage generated at both ends of the switching element is clamped to reduce the withstand voltage of the switching element. And can. Control of conduction and disconnection of the auxiliary switching element is performed by a voltage generated in a clamp winding applied to the choke coil.

第2実施形態のスイッチング電源回路について、図8を参照して説明する。なお、第1実施形態におけると同様の構成を有する構成部品には同一の符号を付して、その部分の説明については省略する。   A switching power supply circuit according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the structure similar to 1st Embodiment, and description about the part is abbreviate | omitted.

図8に示す実施形態のスイッチング電源回路に用いるチョークコイルPCCは、巻線Npとクランプ用巻線Ngとを備えている。チョークコイルPCCは、図2に示すコンバータトランスPITと略同様の構成を有している。すなわち、チョークコイルPCCは、EER型コアCR1とEER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EER型コアを備え、ボビンBが備えられ、このボビンBに巻線Npおよびクランプ用巻線Ngが巻装され、このEER型コアの中央磁脚に対しては、ギャップGを形成する。これによって、磁気飽和を防止してチョークコイルとして機能するようにしている。   The choke coil PCC used in the switching power supply circuit of the embodiment shown in FIG. 8 includes a winding Np and a clamping winding Ng. Choke coil PCC has substantially the same configuration as converter transformer PIT shown in FIG. That is, the choke coil PCC includes an EER type core in which an EER type core CR1 and an EER type core CR2 are combined so that their magnetic legs face each other, and includes a bobbin B. The bobbin B includes a winding Np and a clamp. A winding Ng is wound, and a gap G is formed with respect to the central magnetic leg of the EER type core. This prevents magnetic saturation and functions as a choke coil.

チョークコイルPCCの巻線Npとクランプ用巻線Ngとは同方向に巻いた巻線として、各々が形成され、巻線Npとクランプ用巻線Ngとの接続点は、コンバータトランスPITの1次巻線N1の一方に接続されている。このような、接続態様は、補助スイッチング素子Q2の制御電圧の極性に依存するものであり、図8に示す実施形態では、NチャンネルMOS−FETを用いているのでこのような接続態様とされているものである。スイッチング素子Q1と補助スイッチング素子Q2とが、相補的に動作するように、巻線Npとクランプ用巻線Ngの極性は選択される。巻線Npは、第1実施形態におけると同様にインダクタLpとして機能する。   The winding Np and the clamping winding Ng of the choke coil PCC are formed as windings wound in the same direction, and the connection point between the winding Np and the clamping winding Ng is the primary of the converter transformer PIT. It is connected to one end of the winding N1. Such a connection mode depends on the polarity of the control voltage of the auxiliary switching element Q2. In the embodiment shown in FIG. 8, an N-channel MOS-FET is used. It is what. The polarities of the winding Np and the clamping winding Ng are selected so that the switching element Q1 and the auxiliary switching element Q2 operate in a complementary manner. The winding Np functions as an inductor Lp as in the first embodiment.

以下、第2実施形態の第1実施形態と異なる点であるアクテイブクランプ回路についてより具体的に説明する。   Hereinafter, the active clamp circuit which is different from the first embodiment of the second embodiment will be described in more detail.

チョークコイルPCCは、コア材としてEER−28(コア材名称)を用い、巻線Npに生じるインダクタLpのインダクタンスの値は865μHを得ている。また、クランプ用巻線Ngは2Tとしている。   The choke coil PCC uses EER-28 (core material name) as the core material, and the value of the inductance of the inductor Lp generated in the winding Np is 865 μH. The clamp winding Ng is 2T.

補助スイッチング素子Q2はMOS―FETとされ、ボディダイオードDD2を有している。クランプ用巻線Ngに発生する電圧は、抵抗Rg1と抵抗Rg2とで分圧され、補助スイッチング素子Q2のゲートに印加される。ここで、抵抗Rg1と抵抗Rg2との分圧比を調整して、補助スイッチング素子Q2が導通する期間をスイッチング素子Q1が導通する期間の範囲内で調整することができる。補助スイッチング素子Q2が導通する期間においては、クランプ用コンデンサC4を介してチョークコイルPCCの両端を短絡し、これによって、スイッチング素子Q1が切断したときにおける電圧をクランプできることとなる。クランプ用コンデンサC4のキャパシタンスの値は0.1μFとした。   The auxiliary switching element Q2 is a MOS-FET and has a body diode DD2. The voltage generated in the clamp winding Ng is divided by the resistors Rg1 and Rg2, and applied to the gate of the auxiliary switching element Q2. Here, the voltage dividing ratio between the resistor Rg1 and the resistor Rg2 can be adjusted, and the period during which the auxiliary switching element Q2 is conducted can be adjusted within the range of the period during which the switching element Q1 is conducted. During the period in which the auxiliary switching element Q2 is conductive, both ends of the choke coil PCC are short-circuited via the clamping capacitor C4, whereby the voltage when the switching element Q1 is disconnected can be clamped. The value of the capacitance of the clamping capacitor C4 was 0.1 μF.

このようにして構成されるアクテイブクランプ回路では、交流入力電圧VACの上昇に伴って、補助スイッチング素子Q2のスイッチング損失が増加するが、2次側の整流回路を図8の実施形態に示すように、半波整流回路として構成する場合には、補助スイッチング素子Q2の導通する期間が変化するので、スイッチング素子Q1の切断する期間(期間TOFF)が負荷電力の減少にともなって縮小する。このために、交流入力電圧VACの上昇による電力変換効率ηAC→DCの低下が少なくなり、交流入力電圧VACをワイドレンジに変化させる場合においても、電力変換効率ηAC→DCを略一定の値に保つことができる。また、アクテイブクランプ回路を付加することによって、交流入力電圧VACをワイドレンジに変化させる場合においても、より良好なるZVS動作が得られる。   In the active clamp circuit configured as described above, the switching loss of the auxiliary switching element Q2 increases as the AC input voltage VAC increases. As shown in the embodiment of FIG. When configured as a half-wave rectifier circuit, the conduction period of the auxiliary switching element Q2 changes, so the period during which the switching element Q1 is disconnected (period TOFF) is reduced as the load power decreases. For this reason, the decrease in the power conversion efficiency ηAC → DC due to the increase in the AC input voltage VAC is reduced, and the power conversion efficiency ηAC → DC is maintained at a substantially constant value even when the AC input voltage VAC is changed to a wide range. be able to. Further, by adding an active clamp circuit, a better ZVS operation can be obtained even when the AC input voltage VAC is changed to a wide range.

第2実施形態における各部の定数および仕様を以下に説明する。コンバータトランスPITのコア材はEER−40、ギャップは1.4mm、1次巻線N1の巻数は60T、2次巻線N2の巻数は5T、結合係数kの値は0.7とした。このときの直流出力電圧Eoの値は175Vを得るものとした。   The constants and specifications of each part in the second embodiment will be described below. The core material of the converter transformer PIT was EER-40, the gap was 1.4 mm, the number of turns of the primary winding N1 was 60T, the number of turns of the secondary winding N2 was 5T, and the value of the coupling coefficient k was 0.7. The value of the DC output voltage Eo at this time is 175V.

また、1次側並列共振コンデンサC1のキャパシタンスの値は2200pF、1次側直列共振コンデンサC2のキャパシタンスの値は0.047μF、2次側並列共振コンデンサC3のキャパシタンスの値は0.018μFとした。   The capacitance value of the primary side parallel resonance capacitor C1 was 2200 pF, the capacitance value of the primary side series resonance capacitor C2 was 0.047 μF, and the capacitance value of the secondary side parallel resonance capacitor C3 was 0.018 μF.

スイッチング素子Q1としては、10A/900VのMOS−FET、補助スイッチング素子Q2としては、5A/900VのMOS−FETを各々用いた。また、このスイッチング電源回路が対応可能である交流入力電圧VACの範囲は、90Vから288V(実効値)の範囲であり、負荷電力の範囲は300Wから0Wの範囲である。   A 10A / 900V MOS-FET was used as the switching element Q1, and a 5A / 900V MOS-FET was used as the auxiliary switching element Q2. Further, the range of the AC input voltage VAC that can be supported by this switching power supply circuit is a range of 90V to 288V (effective value), and the range of the load power is a range of 300W to 0W.

図9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における値である。図9の上段から順に、電圧V1(図8を参照)、電流IQ1(図8を参照)、電流IQ2(図8を参照)、電流I1(図8を参照)、電流I2(図8を参照)、電圧V2(図8を参照)、電圧V3(図8を参照)、電流I3(図8を参照)、電流I4(図8を参照)の各々を示すものである。   FIG. 9 shows the operation waveform of each part in the switching period. The load power at this time is 300 W, and the input AC voltage is a value at 100 V. In order from the top of FIG. 9, voltage V1 (see FIG. 8), current IQ1 (see FIG. 8), current IQ2 (see FIG. 8), current I1 (see FIG. 8), current I2 (see FIG. 8) ), Voltage V2 (see FIG. 8), voltage V3 (see FIG. 8), current I3 (see FIG. 8), and current I4 (see FIG. 8).

図10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230Vにおける値である。図10の上段から順に、電圧V1、電流IQ1、電流IQ2、電流I1、電流I2、電圧V2、電圧V3、電流I3、電流I4の各々を示すものである。   FIG. 10 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 a value at 230 V. In the order from the top of FIG. 10, each of voltage V1, current IQ1, current IQ2, current I1, current I2, voltage V2, voltage V3, current I3, and current I4 is shown.

図11は、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、スイッチング素子Q1のゲートを制御する信号の周波数fs、スイッチング素子Q1が導通する期間である期間TON、スイッチング素子Q1が切断する期間である期間TOFFの各々を示している。また、交流入力電圧VACが100Vにおける各々のデータを実線で示し、交流入力電圧VACが230Vにおける各々のデータを破線で示す。   FIG. 11 shows the power conversion efficiency ηAC → DC with respect to the load fluctuation when the value of the load power Po is in the range of 0 W (no load) to 300 W, the frequency fs of the signal for controlling the gate of the switching element Q1, and the switching element Q1 conducting. Each of the period TON, which is a period during which the switching element Q1 is disconnected, and the period TOFF, which is a period during which the switching element Q1 is disconnected, are shown. Each data when the AC input voltage VAC is 100V is indicated by a solid line, and each data when the AC input voltage VAC is 230V is indicated by a broken line.

上述の実験データから図8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。交流入力電圧VACが100V、負荷電力300Wにおける電力変換効率ηAC→DCは91.2%である。また、交流入力電圧VACが230V、負荷電力300Wにおける電力変換効率ηAC→DCは91.8%である。   From the above experimental data, the following becomes clear about the switching power supply circuit shown in FIG. When the AC input voltage VAC is 100 V and the load power is 300 W, the power conversion efficiency ηAC → DC is 91.2%. Further, the power conversion efficiency ηAC → DC when the AC input voltage VAC is 230 V and the load power is 300 W is 91.8%.

スイッチング素子Q1を制御する信号の周波数fsについては、負荷電力として300Wから0Wまでの範囲において、交流入力電圧VACが100Vのときは周波数fsの範囲は65.8kHzから125kHzであり、交流入力電圧VACが230Vのときは周波数fsの範囲は103kHzから169.5kHzである。このような周波数fsの範囲であれば、交流入力電圧VACが90Vから230Vの範囲においても、発振・ドライブ回路を構成するために通常用いられる汎用のICが有する制御可能な周波数fsの範囲に収まるので、汎用のICを第2実施形態における発振・ドライブ回路2として用いることができる。   Regarding the frequency fs of the signal for controlling the switching element Q1, the range of the frequency fs is 65.8 kHz to 125 kHz when the AC input voltage VAC is 100 V in the range from 300 W to 0 W as the load power, and the AC input voltage VAC Is 230V, the range of the frequency fs is 103 kHz to 169.5 kHz. Within such a frequency fs range, even if the AC input voltage VAC is in the range of 90 V to 230 V, it falls within the controllable frequency fs range of a general-purpose IC that is normally used for configuring an oscillation / drive circuit. Therefore, a general-purpose IC can be used as the oscillation / drive circuit 2 in the second embodiment.

図8に示す第2実施形態のシングルエンデッドコンバータと背景技術に示すシングルエンデッドコンバータとを比較すると、第2実施形態のシングルエンデッドコンバータは以下の特徴を有している。   When the single-ended converter of the second embodiment shown in FIG. 8 is compared with the single-ended converter shown in the background art, the single-ended converter of the second embodiment has the following characteristics.

背景技術の多重共振形コンバータでは、ZVS動作を200W以上の全領域でおこなうことが困難であり、負荷電力を200W以上とするができなかったが、第1実施形態におけるように、共振周波数fop1と共振周波数fop2とが略等しくなるように設定し、1次側直列共振回路の共振周波数fos1を、1次側並列共振回路の共振周波数fop1または2次側並列共振回路の共振周波数fop2の略1/2に設定することによって、200W以上の負荷電力に対応することができるものである。   In the multi-resonance converter of the background art, it is difficult to perform the ZVS operation in the entire region of 200 W or more, and the load power cannot be set to 200 W or more. However, as in the first embodiment, the resonance frequency fp1 The resonance frequency fop2 is set to be substantially equal to the resonance frequency fos1 of the primary side series resonance circuit, and the resonance frequency fop1 of the primary side parallel resonance circuit is approximately 1 / of the resonance frequency fop2 of the secondary side parallel resonance circuit. By setting to 2, load power of 200 W or more can be handled.

背景技術の多重共振形コンバータでは、入力交流電圧が100V系と230V系との両方に対応する所謂ワイドレンジとすることが困難であったが、第2実施形態におけるように電圧クランプ回路を備えることによって、ワイドレンジに対応することが容易にできる。この場合に、2次側の整流回路を半波整流回路として、補助スイッチング素子Q2の導通する期間が変化し、交流入力電圧VACをワイドレンジに変化させる場合においても、電力変換効率ηAC→DCを略一定の値に保つことができる。このように、電圧クランプ回路を備えることによって、より良好なZVS特性を有するものとできる。   In the multi-resonance converter of the background art, it is difficult to make the so-called wide range in which the input AC voltage corresponds to both the 100 V system and the 230 V system. However, as in the second embodiment, a voltage clamp circuit is provided. Therefore, it is possible to easily cope with a wide range. In this case, even when the rectifier circuit on the secondary side is a half-wave rectifier circuit and the conduction period of the auxiliary switching element Q2 changes and the AC input voltage VAC is changed to a wide range, the power conversion efficiency ηAC → DC is It can be kept at a substantially constant value. Thus, by providing a voltage clamp circuit, it can be set as what has a more favorable ZVS characteristic.

また、E級スイッチング増幅器としてスイッチング電源回路を構成することによって、1次側平滑コンデンサCiから流入する電流は直流に近いものとなり、リップル電圧が低減し、ノイズの発生も少ないものとなる。   Further, by configuring the switching power supply circuit as a class E switching amplifier, the current flowing from the primary side smoothing capacitor Ci becomes close to direct current, the ripple voltage is reduced, and the generation of noise is reduced.

(第2実施形態の変形例)
図12、図13を参照して第2実施形態の変形例について説明をする。図12に示すスイッチング電源回路は、2次側整流回路として、両波整流回路を用いるものである。2次巻線は、センタータップを有して形成される2次巻線N2と2次巻線N2’とによって構成され、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によって整流がおこなわれる。2次側並列共振回路は、2次巻線の両端に2次側並列共振コンデンサC3を接続することによって構成される。
(Modification of the second embodiment)
A modification of the second embodiment will be described with reference to FIGS. The switching power supply circuit shown in FIG. 12 uses a double-wave rectifier circuit as a secondary side rectifier circuit. The secondary winding is composed of a secondary winding N2 and a secondary winding N2 ′ formed with a center tap, and rectification is performed by the high-speed switching diode Do1 and the high-speed switching diode Do2. The secondary parallel resonant circuit is configured by connecting a secondary parallel resonant capacitor C3 to both ends of the secondary winding.

図13に示すスイッチング電源回路は、2次側整流回路として、全波整流回路を用いるものである。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る2次側整流素子Doによって2次側の交流電力は整流され、2次側平滑コンデンサCoによって平滑がおこなわれる。2次側並列共振回路は、2次巻線N2の両端に2次側並列共振コンデンサC3を接続することによって構成される。   The switching power supply circuit shown in FIG. 13 uses a full-wave rectifier circuit as a secondary side rectifier circuit. The secondary-side AC power is rectified by the secondary-side rectifying element Do configured by bridge-connecting the high-speed switching diode Do1 to the high-speed switching diode Do4, and smoothed by the secondary-side smoothing capacitor Co. The secondary side parallel resonant circuit is configured by connecting a secondary side parallel resonant capacitor C3 to both ends of the secondary winding N2.

(第3実施形態ないし第5実施形態のスイッチング電源回路)
第3実施形態ないし第5実施形態のスイッチング電源回路は、上述した第2実施形態のスイッチング電源回路に加え、さらに、力率改善回路を備えるものである。E級スイッチング増幅器による電圧共振シングルエンデッド多重共振コンバータについては、第1実施形態と同様の以下の構成を有している。すなわち、多重共振コンバータは、1次側の共振回路(1次側共振回路)と2次側の共振回路(2次側共振回路)とを備える。1次側共振回路は、1次側並列共振コンデンサとチョークコイルのインダクタによって共振周波数が支配を受ける1次側並列共振回路と、1次側直列共振コンデンサと1次巻線に生じるインダクタによって共振周波数が支配を受ける1次側直列共振回路と、を具備する。2次側共振回路は、2次側並列共振コンデンサと2次巻線に生じるインダクタとによって共振周波数が支配を受ける2次側並列共振回路を具備する。ここで、コンバータトランスの1次巻線と2次巻線との結合係数は、0.8以下の疎結合とされ、これによって、1次巻線および2次巻線の各々に漏れインダクタとしてインダクタが生じるものである。そして、1次側並列共振回路の共振周波数と、2次側並列共振回路の共振周波数とは略等しく設定され、1次側直列共振回路の共振周波数は、1次側並列共振回路の共振周波数または2次側並列共振回路の共振周波数の略1/2に設定される。
(Switching power supply circuit of 3rd Embodiment thru | or 5th Embodiment)
The switching power supply circuit according to the third to fifth embodiments further includes a power factor correction circuit in addition to the switching power supply circuit according to the second embodiment described above. The voltage resonant single-ended multiple resonant converter using the class E switching amplifier has the following configuration similar to that of the first embodiment. That is, the multiple resonance converter includes a primary side resonance circuit (primary side resonance circuit) and a secondary side resonance circuit (secondary side resonance circuit). The primary side resonance circuit has a resonance frequency by a primary side parallel resonance circuit whose resonance frequency is governed by a primary side parallel resonance capacitor and an inductor of a choke coil, a primary side series resonance capacitor, and an inductor generated in the primary winding. And a primary-side series resonant circuit that is controlled by. The secondary side resonance circuit includes a secondary side parallel resonance circuit whose resonance frequency is governed by a secondary side parallel resonance capacitor and an inductor generated in the secondary winding. Here, the coupling coefficient between the primary winding and the secondary winding of the converter transformer is a loose coupling of 0.8 or less, so that an inductor serves as a leakage inductor in each of the primary winding and the secondary winding. Will occur. The resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit are set to be approximately equal, and the resonance frequency of the primary side series resonance circuit is the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit or It is set to approximately ½ of the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit.

アクテイブクランプ回路は、クランプ用コンデンサと補助スイッチング素子との直列接続回路として構成され、チョークコイルの両端にこのアクテイブクランプ回路が接続される。補助スイッチング素子は、スイッチング素子に対して相補的に動作する。このような動作によって、補助スイッチング素子は、スイッチング素子が導通するときには負荷となることはなく、スイッチング素子が切断するときにはスイッチング素子の両端に生じる電圧をクランプして、スイッチング素子の耐電圧を低いものとできる。補助スイッチング素子の導通と切断の制御は、チョークコイルに施したクランプ用巻線に生じる電圧によっておこなわれる。   The active clamp circuit is configured as a series connection circuit of a capacitor for clamping and an auxiliary switching element, and the active clamp circuit is connected to both ends of the choke coil. The auxiliary switching element operates complementarily to the switching element. By such an operation, the auxiliary switching element does not become a load when the switching element is conducted, and when the switching element is disconnected, the voltage generated at both ends of the switching element is clamped to reduce the withstand voltage of the switching element. And can. Control of conduction and disconnection of the auxiliary switching element is performed by a voltage generated in a clamp winding applied to the choke coil.

ここで、力率改善回路は、第3実施形態では、1次側整流回路とE級スイッチング増幅器による電圧共振シングルエンデッド多重共振コンバータとの間に介在して、1次側直列共振回路に流れる共振電流を1次側平滑コンデンサに帰還する電力回生方式の力率改善回路とされている。   Here, in the third embodiment, the power factor correction circuit flows between the primary side rectifier circuit and the voltage resonance single-ended multiple resonance converter using the class E switching amplifier and flows to the primary side series resonance circuit. A power regeneration type power factor correction circuit that feeds back a resonance current to a primary smoothing capacitor is used.

また、力率改善回路は、第4実施形態では、チョークコイルに巻回される巻線に発生する共振電圧を1次側平滑コンデンサに帰還する電圧回生方式の力率改善回路とされている。   In the fourth embodiment, the power factor correction circuit is a voltage regeneration type power factor correction circuit that feeds back a resonance voltage generated in a winding wound around a choke coil to a primary side smoothing capacitor.

また、力率改善回路は、第5実施形態では、1次側直列共振回路に流れる共振電流を電圧帰還トランスの1次巻線に流し、電圧帰還トランスの2次巻線に発生する共振電圧を1次側平滑コンデンサに帰還する電圧回生方式の力率改善回路とされている。   In the fifth embodiment, the power factor correction circuit causes the resonance current flowing in the primary side series resonance circuit to flow in the primary winding of the voltage feedback transformer, and generates the resonance voltage generated in the secondary winding of the voltage feedback transformer. It is a voltage regeneration type power factor correction circuit that feeds back to the primary side smoothing capacitor.

(第3実施形態のスイッチング電源回路)   (Switching power supply circuit of the third embodiment)

第3実施形態のスイッチング電源回路について、図14を参照して説明する。第3実施形態のスイッチング電源回路は、上述した第1実施形態のスイッチング電源回路におけるE級スイッチング増幅器と同等の構成および作用を有し、上述した第2実施形態のスイッチング電源回路におけるアクテイブクランプ回路と同等の構成および作用を有するものであるので、第1実施形態または第2実施形態におけると同様の構成部品には同一の符号を付して、その部分の説明については省略する。   A switching power supply circuit according to a third embodiment will be described with reference to FIG. The switching power supply circuit of the third embodiment has the same configuration and operation as the class E switching amplifier in the switching power supply circuit of the first embodiment described above, and the active clamp circuit in the switching power supply circuit of the second embodiment described above. Since the components have the same configuration and action, the same components as those in the first embodiment or the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第3実施形態では、力率改善回路を備えるので、このスイッチング電源回路は、力率を良好なものとできる。この力率改善回路は、1次側直列共振コンデンサC2に流れる共振電流を1次側平滑コンデンサCiに帰還するように構成されている。第3実施形態の力率改善回路は、力率改善用インダクタLoと力率改善用高速ダイオードDrとフィルタコンデンサCNの3点の部品から構成されている。   Since the power factor correction circuit is provided in the third embodiment, this switching power supply circuit can have a good power factor. This power factor correction circuit is configured to feed back the resonance current flowing through the primary side series resonance capacitor C2 to the primary side smoothing capacitor Ci. The power factor correction circuit of the third embodiment is composed of three components, that is, a power factor improving inductor Lo, a power factor improving fast diode Dr, and a filter capacitor CN.

力率改善用インダクタLoの一方の巻端と力率改善用高速ダイオードDrの一方の極性端(カソード)とが接続され、この接続点は1次側直列共振コンデンサC2に接続されている。ここで、第1実施形態および第2実施形態においては、1次側直列共振コンデンサC2は、スイッチング素子Q1のソースに接続されていたが、第3実施形態では、1次側直列共振コンデンサC2は、上述したように、力率改善用インダクタLoと力率改善用高速ダイオードDrのカソードとの接続点に接続されている。   One winding end of the power factor improving inductor Lo and one polar end (cathode) of the power factor improving fast diode Dr are connected, and this connection point is connected to the primary side series resonance capacitor C2. Here, in the first embodiment and the second embodiment, the primary side series resonant capacitor C2 is connected to the source of the switching element Q1, but in the third embodiment, the primary side series resonant capacitor C2 is As described above, the power factor improving inductor Lo and the cathode of the power factor improving fast diode Dr are connected to the connection point.

また、力率改善用インダクタLoの他方の端部は、チョークコイルPCCの巻線Npと1次側平滑コンデンサCiの接続点に接続され、この接続点と力率改善用高速ダイオードDrのアノードとの間にはフィルタコンデンサCNが接続されている。そして、力率改善用高速ダイオードDrのアノードとフィルタコンデンサCNの接続点には、1次側整流素子Diの出力側が接続されている。   The other end of the power factor improving inductor Lo is connected to a connection point between the winding Np of the choke coil PCC and the primary side smoothing capacitor Ci, and the connection point and the anode of the power factor improving fast diode Dr. Between these, a filter capacitor CN is connected. The output side of the primary side rectifying element Di is connected to the connection point between the anode of the power factor improving fast diode Dr and the filter capacitor CN.

上述した接続態様によって、1次側直列共振回路に流れる電流は1次側平滑コンデンサCiに帰還される。すなわち、1次側直列共振回路を流れる一方の電流は力率改善用高速ダイオードDrのアノードからカソードに流れる。ここで、この一方の電流の高周波成分は1次側平滑コンデンサCiおよびフィルタコンデンサCNを流れ、一方の電流の低周波成分は1次側整流素子Diを流れて流通角を拡大して力率を改善する。また、1次側直列共振回路を流れる他方の電流は力率改善用インダクタLoおよび1次側平滑コンデンサCiに流れ、電力回生がなされる。すなわち、1次側直列共振回路に流れる共振電流が、1次巻線N1から1次側直列共振コンデンサC2、力率改善用インダクタLoの経路を流れ、力率改善用高速ダイオードDrのカソード電位がスイッチング周期で振動して力率改善用高速ダイオードDrがスイッチング動作して電流I1を断続的に1次側平滑コンデンサCiに流し込み、交流入力電流IACの導通角が拡大して力率が改善される。   With the connection mode described above, the current flowing through the primary side series resonance circuit is fed back to the primary side smoothing capacitor Ci. That is, one current flowing through the primary side series resonant circuit flows from the anode to the cathode of the power factor improving fast diode Dr. Here, the high frequency component of the one current flows through the primary side smoothing capacitor Ci and the filter capacitor CN, and the low frequency component of the one current flows through the primary side rectifying element Di to increase the flow angle and increase the power factor. Improve. The other current flowing through the primary side series resonance circuit flows through the power factor improving inductor Lo and the primary side smoothing capacitor Ci, and power regeneration is performed. That is, the resonance current flowing in the primary side series resonance circuit flows from the primary winding N1 through the path of the primary side series resonance capacitor C2 and the power factor improving inductor Lo, and the cathode potential of the power factor improving fast diode Dr is The power factor improving high-speed diode Dr is oscillated at the switching cycle to intermittently flow the current I1 into the primary side smoothing capacitor Ci, and the conduction angle of the AC input current IAC is expanded to improve the power factor. .

ここで、1次側直列共振回路を流れる一方の電流が通過する1次側平滑コンデンサCiとフィルタコンデンサCNとの直列接続回路のキャパシタンスの値は、1次側直列共振コンデンサC2のキャパシタンスの値に較べて非常に大きく、また、1次側直列共振回路を流れる他方の電流が通過する力率改善用インダクタLoのインダクタンスの値は、1次巻線N1に生じるインダクタL1のインダクタンスの値に較べて非常に小さいので、このような、力率改善回路を設けることによる1次側直列共振回路の共振周波数の変化は、力率改善回路を設けない第1実施形態および第2実施形態におけると大きな違いは生じない。   Here, the capacitance value of the series connection circuit of the primary side smoothing capacitor Ci and the filter capacitor CN through which one current flowing through the primary side series resonance circuit passes is equal to the capacitance value of the primary side series resonance capacitor C2. The inductance value of the power factor improving inductor Lo through which the other current flowing through the primary side series resonance circuit passes is much larger than the inductance value of the inductor L1 generated in the primary winding N1. Since it is very small, the change in the resonance frequency of the primary side series resonance circuit by providing the power factor correction circuit is greatly different from that in the first embodiment and the second embodiment in which the power factor improvement circuit is not provided. Does not occur.

また、第1実施形態および第2実施形態において、1次側整流素子Diからの電流が1次側平滑コンデンサCiに流れ込んだのと同様に、第3実施形態においても、1次側整流素子Diからの電流は、力率改善用高速ダイオードDrのアノードからカソード、力率改善用インダクタLoを経由して1次側平滑コンデンサCiに流れ込み、1次側平滑コンデンサCiに接続されるチョークコイルPCCの巻線Npに電力が供給される。   Further, in the first embodiment and the second embodiment, the primary side rectifier element Di is also used in the third embodiment in the same manner as the current from the primary side rectifier element Di flows into the primary side smoothing capacitor Ci. Current flows from the anode of the power factor improving fast diode Dr to the primary side smoothing capacitor Ci via the cathode and the power factor improving inductor Lo, and the choke coil PCC connected to the primary side smoothing capacitor Ci. Electric power is supplied to the winding Np.

力率改善回路においては力率改善用インダクタLoのインダクタンスの値を調整して、力率改善の効果の最適点を調整することができる。この場合の力率改善効果の最適点とは、中間負荷時において力率の値が最大負荷時におけるよりも増加するように選定することをいうものである。   In the power factor correction circuit, the optimum value of the power factor improvement effect can be adjusted by adjusting the inductance value of the power factor improvement inductor Lo. The optimum point of the power factor improvement effect in this case is to select the power factor so that the value of the power factor increases at the intermediate load than that at the maximum load.

以下に、第3実施形態のスイッチング電源回路の各部の定数について説明する。第3実施形態のスイッチング電源回路は交流入力電圧VACが90Vから288Vまで対応可能とされおり、負荷電力の範囲が300Wから0Wまで対応可能とされている。コンバータトランスPITのコア材としてはEER−40を用い、コンバータトランスPITは、EER型コアの中央磁脚に対して1.4mmのギャップGを形成し、1次巻線N1と2次巻線N2との結合係数kの値としては0.7を採用している。1次側並列共振コンデンサC1のキャパシタンスの値は2200pFとし、1次側直列共振コンデンサC2のキャパシタンスの値は0.047μFとした。また、2次側並列共振コンデンサC3のキャパシタンスの値は0.018μFとし、クランプ用コンデンサC4のキャパシタンスの値は0.1μFとした。また、フィルタコンデンサCNの値は1μFとし、1次側平滑コンデンサのキャパシタンスの値は1000μF、2次側平滑コンデンサのキャパシタンスの値は1000μFとした。また、インダクタLpのインダクタンス値は865μHとし、力率改善用インダクタLoのインダクタンス値は54μHとした。   Hereinafter, constants of each part of the switching power supply circuit according to the third embodiment will be described. The switching power supply circuit according to the third embodiment can handle an AC input voltage VAC from 90 V to 288 V, and a load power range from 300 W to 0 W. EER-40 is used as the core material of the converter transformer PIT, and the converter transformer PIT forms a gap G of 1.4 mm with respect to the central magnetic leg of the EER core, and the primary winding N1 and the secondary winding N2 As a value of the coupling coefficient k, 0.7 is adopted. The capacitance value of the primary side parallel resonant capacitor C1 was 2200 pF, and the capacitance value of the primary side series resonant capacitor C2 was 0.047 μF. The capacitance value of the secondary parallel resonant capacitor C3 was 0.018 μF, and the capacitance value of the clamping capacitor C4 was 0.1 μF. The value of the filter capacitor CN was 1 μF, the capacitance value of the primary smoothing capacitor was 1000 μF, and the capacitance value of the secondary smoothing capacitor was 1000 μF. The inductance value of the inductor Lp was 865 μH, and the inductance value of the power factor improving inductor Lo was 54 μH.

図15に、第3実施形態のスイッチング電源回路のスイッチング周期における各部の動作波形を示す。負荷電力は300W、入力交流電圧は100V、直流出力電圧Eoは175Vとする場合における動作波形である。図15の上段から順に、交流入力電圧VAC(図14を参照)、交流入力電流IAC(図14を参照)、電圧V1(図14を参照)、電流I1(図14を参照)、電圧V2(図14を参照)、電流I2(図14を参照)の各々を示すものである。   FIG. 15 shows operation waveforms of respective parts in the switching cycle of the switching power supply circuit according to the third embodiment. This is an operation waveform when the load power is 300 W, the input AC voltage is 100 V, and the DC output voltage Eo is 175 V. In order from the top of FIG. 15, an AC input voltage VAC (see FIG. 14), an AC input current IAC (see FIG. 14), a voltage V1 (see FIG. 14), a current I1 (see FIG. 14), and a voltage V2 ( 14) and current I2 (see FIG. 14).

図16に、入力交流電圧が230Vにおける第3実施形態のスイッチング電源回路のスイッチング周期における各部の動作波形を示す。負荷電力は300W、直流出力電圧Eoは175Vとする場合における動作波形である。図16の上段から順に、交流入力電圧VAC、交流入力電流IAC、電圧V1、電流I1、電圧V2、電流I2の各々を示すものである。   FIG. 16 shows operation waveforms of respective parts in the switching cycle of the switching power supply circuit according to the third embodiment when the input AC voltage is 230V. This is an operation waveform when the load power is 300 W and the DC output voltage Eo is 175V. Each of the AC input voltage VAC, AC input current IAC, voltage V1, current I1, voltage V2, and current I2 is shown in order from the top of FIG.

図15、図16に示す交流入力電流IACの波形が最大負荷の300Wにおいて三角波状になるように、力率改善用インダクタLoのインダクタンス値と1次巻線N1の巻数とを調整して、その結果、負荷が軽い領域から中間的な大きさの負荷電力の領域で交流入力電流IACの波形を正弦波状となし力率PFの値は改善される。   15 and 16, the inductance value of the power factor improving inductor Lo and the number of turns of the primary winding N1 are adjusted so that the waveform of the AC input current IAC shown in FIG. As a result, the waveform of the AC input current IAC is sinusoidal and the value of the power factor PF is improved in a region where the load is light to an intermediate load power.

図17は、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、力率PFの値、電圧Eiの値の各々を示している。交流入力電圧VACが100Vにおける各々のデータを実線で示し、交流入力電圧VACが230Vにおける各々のデータを破線で示す。   FIG. 17 shows each of the power conversion efficiency ηAC → DC, the power factor PF value, and the voltage Ei value with respect to the load fluctuation when the value of the load power Po is in the range of 0 W (no load) to 300 W. Each data when the AC input voltage VAC is 100V is indicated by a solid line, and each data when the AC input voltage VAC is 230V is indicated by a broken line.

上述の実験データから図14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。交流入力電圧VACが100V、負荷電力300Wにおける力率PFは0.87、電力変換効率ηAC→DCは91.0%であり、力率PFの値が0.75以上である領域は負荷電力として300Wから25Wの範囲である。また、交流入力電圧VACが230V、負荷電力300Wにおける力率PFは0.80、電力変換効率ηAC→DCは91.8%であり、力率PFの値が0.75以上である領域は負荷電力として300Wから75Wの範囲である。この力率PFの値は、交流入力電圧VACが100Vである場合には、日本国の電源高調波歪規制値クラスAを満足するものであり、交流入力電圧VACが230Vである場合には、欧州の電源高調波歪規制値クラスAを満足するものである。   From the above experimental data, the following becomes clear about the switching power supply circuit shown in FIG. When the AC input voltage VAC is 100 V and the load power is 300 W, the power factor PF is 0.87, the power conversion efficiency ηAC → DC is 91.0%, and the region where the value of the power factor PF is 0.75 or more is the load power. It is in the range of 300W to 25W. In addition, the power factor PF at AC input voltage VAC 230V, load power 300W is 0.80, power conversion efficiency ηAC → DC is 91.8%, and the region where the value of power factor PF is 0.75 or more is a load The power is in the range of 300W to 75W. The value of the power factor PF satisfies the Japanese power supply harmonic distortion regulation value class A when the AC input voltage VAC is 100V, and when the AC input voltage VAC is 230V, It satisfies European power supply harmonic distortion regulation value class A.

図14に示す第3実施形態のシングルエンデッドコンバータと背景技術に示すシングルエンデッドコンバータとを比較すると、第3実施形態のシングルエンデッドコンバータは以下の特徴を有している。   When the single-ended converter of the third embodiment shown in FIG. 14 is compared with the single-ended converter shown in the background art, the single-ended converter of the third embodiment has the following characteristics.

背景技術の多重共振形コンバータでは、入力交流電圧が100V系と230V系との両方に対応する所謂ワイドレンジとすることが困難であったが、第3実施形態におけるように電圧クランプ回路と電力回生方式の力率改善回路とを備えることによって、ワイドレンジであつても良好なる力率を確保して日本国および欧州での高調波歪規制をクリアすることができた。ここで、高調波歪規制値をクリアする領域は、交流入力電圧VACの値が100Vでは負荷電力としては300Wから0Wの範囲、交流入力電圧VACの値が230Vでは負荷電力としては300Wから75Wの範囲と広範囲なものである。   In the multi-resonance converter of the background art, it has been difficult to make the so-called wide range in which the input AC voltage corresponds to both the 100V system and the 230V system. However, as in the third embodiment, the voltage clamp circuit and the power regeneration By providing a power factor correction circuit of the system, it was possible to secure a good power factor even in a wide range and to clear the harmonic distortion regulations in Japan and Europe. Here, the region where the harmonic distortion regulation value is cleared includes a range of 300 W to 0 W as the load power when the value of the AC input voltage VAC is 100 V, and a range of 300 W to 75 W as the load power when the value of the AC input voltage VAC is 230 V. Range and wide range.

背景技術の力率改善回路では力率改善回路を構成する部品の点数は5点であるが、第3実施形態の力率改善回路では力率改善回路を構成する部品の点数は、力率改善用インダクタLoと力率改善用高速ダイオードDrとフィルタコンデンサCNの3点に減らすことができる。   In the power factor improvement circuit of the background art, the number of parts constituting the power factor improvement circuit is five, but in the power factor improvement circuit of the third embodiment, the number of parts constituting the power factor improvement circuit is the power factor improvement. It can be reduced to three points: the inductor Lo, the power factor improving high speed diode Dr, and the filter capacitor CN.

(第4実施形態のスイッチング電源回路)   (Switching power supply circuit of the fourth embodiment)

第4実施形態のスイッチング電源回路について、図18を参照して説明する。第4実施形態のスイッチング電源回路は、上述した第1実施形態のスイッチング電源回路におけるE級スイッチング増幅器と同等の構成および作用を有し、上述した第2実施形態のスイッチング電源回路におけるアクテイブクランプ回路と同等の構成および作用を有するものであるので、第1実施形態または第2実施形態におけると同様の構成部品には同一の符号を付して、その部分の説明については省略する。また、第4実施形態のスイッチング電源回路は第3実施形態のスイッチング電源回路におけると同様に力率改善回路を備えるものであるが、この第4実施形態のスイッチング電源回路の力率改善回路は、第3実施形態のスイッチング電源回路における力率改善回路とは異なる構成を有するものである。   A switching power supply circuit according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. The switching power supply circuit of the fourth embodiment has the same configuration and operation as the class E switching amplifier in the switching power supply circuit of the first embodiment described above, and the active clamp circuit in the switching power supply circuit of the second embodiment described above. Since the components have the same configuration and action, the same components as those in the first embodiment or the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The switching power supply circuit of the fourth embodiment includes a power factor correction circuit as in the switching power supply circuit of the third embodiment, but the power factor correction circuit of the switching power supply circuit of the fourth embodiment is: This has a configuration different from that of the power factor correction circuit in the switching power supply circuit of the third embodiment.

すなわち、第4実施形態の力率改善回路は、力率改善用インダクタLoと力率改善用高速ダイオードDrとフィルタコンデンサCNとチョークコイルPCCに巻回される巻線Nsとから構成されている。そして、この力率改善回路は、1次側直列共振コンデンサC2に流れる共振電流に応じた電圧を1次側平滑コンデンサCiに帰還するように構成されている。   That is, the power factor correction circuit according to the fourth embodiment includes a power factor improving inductor Lo, a power factor improving high speed diode Dr, a filter capacitor CN, and a winding Ns wound around the choke coil PCC. The power factor correction circuit is configured to feed back a voltage corresponding to the resonance current flowing through the primary side series resonance capacitor C2 to the primary side smoothing capacitor Ci.

第4実施形態の力率改善回路の具体的な接続態様を以下に説明する。力率改善用インダクタLoの一方の巻端と力率改善用高速ダイオードDrの一方の極性端(カソード)とが接続され、力率改善用インダクタLoの他方の端部はチョークコイルPCCの巻線Nsの一方の巻端に接続されている。また、力率改善用高速ダイオードDrの他方の極性端(アノード)は、フィルタコンデンサCNに接続され、このフィルタコンデンサCNの他方の端部は、チョークコイルPCCの巻線Nsの他方の巻端と1次側平滑コンデンサCiとの接続点に接続されている。また、力率改善用高速ダイオードDrのアノードとフィルタコンデンサCNの接続点には、1次側整流素子Diの出力側が接続されている。   A specific connection mode of the power factor correction circuit according to the fourth embodiment will be described below. One winding end of the power factor improving inductor Lo and one polar end (cathode) of the power factor improving fast diode Dr are connected, and the other end of the power factor improving inductor Lo is the winding of the choke coil PCC. It is connected to one end of Ns. The other polar end (anode) of the power factor improving fast diode Dr is connected to the filter capacitor CN, and the other end of the filter capacitor CN is connected to the other winding end of the winding Ns of the choke coil PCC. It is connected to the connection point with the primary side smoothing capacitor Ci. The output side of the primary side rectifying element Di is connected to the connection point between the anode of the power factor improving fast diode Dr and the filter capacitor CN.

ここで、チョークコイルPCCの巻線Nsは、チョークコイルPCCの巻線Npに接続される巻き上げ巻線として形成されており、1次側直列共振回路に流れる電流に応じた電圧が巻線Nsに発生する。そして、巻線Nsに発生する一方の極性の電圧によって、電流が力率改善用高速ダイオードDrのアノードからカソードに流れる。ここで、この一方の電流の高周波成分は1次側平滑コンデンサCiおよびフィルタコンデンサCNを流れ、一方の電流の低周波成分は1次側整流素子Diを流れて流通角を拡大して力率を改善する。すなわち、巻線Nsに発生する一方の極性の電圧は1次側平滑コンデンサCiに電圧帰還される。また、巻線Nsに発生する他方の極性の電圧によっては、電流が流れることはない。   Here, the winding Ns of the choke coil PCC is formed as a wound winding connected to the winding Np of the choke coil PCC, and a voltage corresponding to the current flowing through the primary side series resonance circuit is applied to the winding Ns. appear. A current flows from the anode to the cathode of the power factor improving fast diode Dr by the voltage of one polarity generated in the winding Ns. Here, the high frequency component of the one current flows through the primary side smoothing capacitor Ci and the filter capacitor CN, and the low frequency component of the one current flows through the primary side rectifying element Di to increase the flow angle and increase the power factor. Improve. That is, the voltage of one polarity generated in the winding Ns is voltage-feedbacked to the primary side smoothing capacitor Ci. Further, no current flows depending on the voltage of the other polarity generated in the winding Ns.

(第5実施形態のスイッチング電源回路)   (Switching power supply circuit of 5th Embodiment)

第5実施形態のスイッチング電源回路について、図19を参照して説明する。第5実施形態のスイッチング電源回路は、上述した第1実施形態のスイッチング電源回路におけるE級スイッチング増幅器と同等の構成および作用を有し、上述した第2実施形態のスイッチング電源回路におけるアクテイブクランプ回路と同等の構成および作用を有するものであるので、第1実施形態または第2実施形態におけると同様の構成部品には同一の符号を付して、その部分の説明については省略する。また、第5実施形態のスイッチング電源回路は第4実施形態のスイッチング電源回路および第4実施形態のスイッチング電源回路におけると同様に力率改善回路を備えるものであるが、第5実施形態のスイッチング電源回路の力率改善回路は、第3実施形態のスイッチング電源回路および第4実施形態のスイッチング電源回路における力率改善回路とは異なる構成を有するものである。   A switching power supply circuit according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. The switching power supply circuit of the fifth embodiment has the same configuration and operation as the class E switching amplifier in the switching power supply circuit of the first embodiment described above, and the active clamp circuit in the switching power supply circuit of the second embodiment described above. Since the components have the same configuration and action, the same components as those in the first embodiment or the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The switching power supply circuit according to the fifth embodiment includes a power factor correction circuit as in the switching power supply circuit according to the fourth embodiment and the switching power supply circuit according to the fourth embodiment, but the switching power supply according to the fifth embodiment. The circuit power factor correction circuit has a different configuration from the power factor correction circuit in the switching power supply circuit of the third embodiment and the switching power supply circuit of the fourth embodiment.

第5実施形態の力率改善回路は、1次側直列共振コンデンサC2に流れる共振電流に応じた電圧を1次側平滑コンデンサCiに帰還するように構成されている。第5実施形態の力率改善回路は、電圧帰還トランスVFTと力率改善用高速ダイオードDrとフィルタコンデンサCNとから構成されている。   The power factor correction circuit of the fifth embodiment is configured to feed back a voltage corresponding to the resonance current flowing through the primary side series resonance capacitor C2 to the primary side smoothing capacitor Ci. The power factor correction circuit according to the fifth embodiment includes a voltage feedback transformer VFT, a power factor improving fast diode Dr, and a filter capacitor CN.

電圧帰還トランスVFTの1次巻線N12には、力率改善用高速ダイオードDrとフィルタコンデンサCNとの直列回路が接続され、力率改善用高速ダイオードDrのアノードとフィルタコンデンサCNとの接続点には1次側整流素子Diの出力側が接続され、フィルタコンデンサCNの他方の端部には1次側平滑コンデンサCiが接続されている。また、電圧帰還トランスVFTの1次巻線N11の一方の巻端には1次側直列共振コンデンサC2が接続され、電圧帰還トランスVFTの1次巻線N11の他方の巻端は1次側平滑コンデンサCiに接続されている。   A series circuit of a power factor improving fast diode Dr and a filter capacitor CN is connected to the primary winding N12 of the voltage feedback transformer VFT, and is connected to a connection point between the anode of the power factor improving fast diode Dr and the filter capacitor CN. Is connected to the output side of the primary side rectifying element Di, and the primary side smoothing capacitor Ci is connected to the other end of the filter capacitor CN. The primary side series resonance capacitor C2 is connected to one winding end of the primary winding N11 of the voltage feedback transformer VFT, and the other winding end of the primary winding N11 of the voltage feedback transformer VFT is the primary side smoothing. The capacitor Ci is connected.

ここで、第1実施形態および第2実施形態においては、1次側直列共振コンデンサC2は、スイッチング素子Q1のソースに接続されていたが、第5実施形態では、1次側直列共振コンデンサC2は、上述したように、電圧帰還トランスVFTの1次巻線N11の一方の巻端に接続されており、1次側直列共振コンデンサC2はスイッチング素子Q1のソースに接続されていない。   Here, in the first embodiment and the second embodiment, the primary side series resonant capacitor C2 is connected to the source of the switching element Q1, but in the fifth embodiment, the primary side series resonant capacitor C2 is As described above, it is connected to one end of the primary winding N11 of the voltage feedback transformer VFT, and the primary side series resonant capacitor C2 is not connected to the source of the switching element Q1.

このような接続態様によって、1次側直列共振コンデンサC2に流れる共振電流、すなわち、電圧帰還トランスVFTの1次巻線N11に流れる電流に応じた電圧が電圧帰還トランスVFTの1次巻線N12に発生する。そして、電圧帰還トランスVFTの1次巻線N12に発生する一方の極性の電圧によって、電流が力率改善用高速ダイオードDrのアノードからカソードに流れる。ここで、この一方の電流の高周波成分は1次側平滑コンデンサCiおよびフィルタコンデンサCNを流れ、一方の電流の低周波成分は1次側整流素子Diを流れて流通角を拡大して力率を改善する。ここで、第5実施形態においては、電圧帰還トランスVFTの1次巻線N11と電圧帰還トランスVFTの2次巻線N12の巻線の巻数比が新たな設計の自由度として加わるので、この巻数比を適宜に設定することによって、良好なる力率改善特性を得ることができる。   With such a connection mode, a resonance current flowing through the primary side series resonant capacitor C2, that is, a voltage corresponding to a current flowing through the primary winding N11 of the voltage feedback transformer VFT is applied to the primary winding N12 of the voltage feedback transformer VFT. appear. The current flows from the anode to the cathode of the power factor improving fast diode Dr by the voltage of one polarity generated in the primary winding N12 of the voltage feedback transformer VFT. Here, the high frequency component of the one current flows through the primary side smoothing capacitor Ci and the filter capacitor CN, and the low frequency component of the one current flows through the primary side rectifying element Di to increase the flow angle and increase the power factor. Improve. Here, in the fifth embodiment, the turn ratio of the primary winding N11 of the voltage feedback transformer VFT and the secondary winding N12 of the voltage feedback transformer VFT is added as a new degree of design freedom. By setting the ratio appropriately, a good power factor improvement characteristic can be obtained.

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の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the converter transformer of embodiment. 実施形態のスイッチング電源回路の要部の波形を最大負荷電力のときスイッチングの周期で示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment by the period of switching when it is the maximum load electric power. 実施形態のスイッチング電源回路の要部の波形を無負荷のときスイッチングの周期で示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment by the period of switching when there is no load. 実施形態のスイッチング電源回路の負荷変動に対する電力変換効率、スイッチング素子を制御する信号の周波数、スイッチング素子の導通の期間および切断の期間の各々を示す図である。It is a figure which shows each of the power conversion efficiency with respect to the load fluctuation | variation of the switching power supply circuit of embodiment, the frequency of the signal which controls a switching element, the conduction | electrical_connection period of a switching element, and the cutting | disconnection period. 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要部の波形を最大負荷電力、入力交流電圧100Vのときスイッチングの周期で示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment by the period of switching when the maximum load electric power and the input AC voltage are 100V. 実施形態のスイッチング電源回路の要部の波形を最大負荷電力、入力交流電圧230Vのときスイッチングの周期で示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment by the period of switching at the time of maximum load electric power and the input alternating voltage 230V. 実施形態のスイッチング電源回路の負荷変動に対する電力変換効率、スイッチング素子を制御する信号の周波数、スイッチング素子の導通の期間および切断の期間の各々を示す図である。It is a figure which shows each of the power conversion efficiency with respect to the load fluctuation | variation of the switching power supply circuit of embodiment, the frequency of the signal which controls a switching element, the conduction | electrical_connection period of a switching element, and the cutting | disconnection period. 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要部の波形を最大負荷電力、入力交流電圧100Vのとき入力交流電圧の周期で示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment by the period of an input AC voltage when the maximum load electric power and the input AC voltage are 100V. 実施形態のスイッチング電源回路の要部の波形を最大負荷電力、入力交流電圧230Vのとき入力交流電圧の周期で示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of embodiment by the period of an input AC voltage at the time of maximum load electric power and the input AC voltage 230V. 実施形態のスイッチング電源回路の負荷変動に対する電力変換効率、スイッチング素子を制御する信号の周波数、スイッチング素子の導通の期間および切断の期間の各々を示す図である。It is a figure which shows each of the power conversion efficiency with respect to the load fluctuation | variation of the switching power supply circuit of embodiment, the frequency of the signal which controls a switching element, the conduction | electrical_connection period of a switching element, and the cutting | disconnection period. 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. 背景技術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 background art. 背景技術のスイッチング電源回路の要部の波形をスイッチングの周期で示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of background art by the period of switching. 背景技術のスイッチング電源回路の要部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 principal part of the switching power supply circuit of background art. 背景技術のスイッチング電源回路の要部の波形をスイッチングの周期で示す図である。It is a figure which shows the waveform of the principal part of the switching power supply circuit of background art by the period of switching. 背景技術に示すスイッチング電源回路のスイッチング周波数に対する直流出力電圧を示す図である。It is a figure which shows the DC output voltage with respect to the switching frequency of the switching power supply circuit shown in background art. 背景技術に示すスイッチング電源回路のスイッチング周波数に対する直流出力電圧を示す図である。It is a figure which shows the DC output voltage with respect to the switching frequency of the switching power supply circuit shown in background art. 背景技術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 background art. 背景技術のスイッチング電源回路の負荷変動に対する電力変換効率、1次側平滑コンデンサの電圧、力率の各々を示す図である。It is a figure which shows each of the power conversion efficiency with respect to the load fluctuation | variation of the switching power supply circuit of a background art, the voltage of a primary side smoothing capacitor, and a power factor. 背景技術のスイッチング電源回路の入力交流電圧に対する電力変換効率、1次側平滑コンデンサの電圧、力率の各々を示す図である。It is a figure which shows each of the power conversion efficiency with respect to the input alternating voltage of the switching power supply circuit of background art, the voltage of a primary side smoothing capacitor, and a power factor. 背景技術に示すスイッチング電源回路の負荷電力が比較的に大きなものである場合の要部の波形を入力交流電圧の周期で示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the waveform of the principal part in case the load electric power of the switching power supply circuit shown to background art is comparatively large with the period of an input AC voltage. 背景技術に示すスイッチング電源回路の負荷電力が比較的に小さなものである場合の要部の波形を入力交流電圧の周期で示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the waveform of the principal part in case the load electric power of the switching power supply circuit shown to background art is comparatively small with the period of an input AC voltage.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、AC 交流電源、B ボビン、C1 1次側並列共振コンデンサ、C2 1次側直列共振コンデンサ、C3 2次側並列共振コンデンサ、C4 クランプ用コンデンサ、Ci 1次側平滑コンデンサ、CL1、CL2 ア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、CN フィルタコンデンサ、Co 1次側平滑コンデンサ、CR1、CR2 EER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 ダイオード、Do 2次側整流素子、Do1、Do2、Do3、Do4 高速スイッチングダイオード、Dr 力率改善用高速ダイオード、G ギャップ、IAC 交流入力電流、L1、L2、Lp インダクタ、Lo 力率改善用インダクタ、N1、N11 1次巻線、N12、N2、N12 2次巻線、N3 3次巻線、Ng クランプ用巻線、Np、Ns 巻線、PCC チョークコイル、PIT コンバータトランス、Q1 スイッチング素子、Q2 補助スイッチング素子、Rg1、Rg2 抵抗   1 control circuit, 2 oscillation / drive circuit, AC AC power supply, B bobbin, C1 primary side parallel resonance capacitor, C2 primary side series resonance capacitor, C3 secondary side parallel resonance capacitor, C4 capacitor for clamping, Ci primary side Smoothing capacitor, CL1, CL2 Across line capacitor, CMC common mode choke coil, CN filter capacitor, Co primary side smoothing capacitor, CR1, CR2 EER core, DD1, DD2 body diode, Di primary side rectifier, Di1, Di2 , Di3, Di4 diode, Do secondary side rectifier, Do1, Do2, Do3, Do4 fast switching diode, Dr power factor improving fast diode, G gap, IAC AC input current, L1, L2, Lp inductor, Lo power factor Inda for improvement N1, N11 primary winding, N12, N2, N12 secondary winding, N3 tertiary winding, Ng clamping winding, Np, Ns winding, PCC choke coil, PIT converter transformer, Q1 switching element, Q2 Auxiliary switching element, Rg1, Rg2 resistance

Claims (3)

交流電力源から所定電圧の直流出力電圧を得るスイッチング電源回路であって、
前記交流電力源からの交流電力を1次側直流電力に変換するための1次側整流素子および1次側平滑コンデンサを具備する1次側整流回路と、
前記1次側直流電力がチョークコイルを介して、1次巻線の一方の巻端に供給され、前記1次巻線と前記1次巻線に対して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1次巻線の他方の巻端に接続されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を導通または切断とする発振・ドライブ回路と、
前記チョークコイルおよび前記1次巻線に生じるインダクタとともに1次側並列共振回路を形成する1次側並列共振コンデンサと、
前記1次巻線に生じるインダクタとともに1次側直列共振回路を形成する1次側直列共振コンデンサと、
前記2次巻線に発生する交流電力を直流電力に変換して直流出力電圧を得る2次側整流回路と、
前記直流出力電圧の値を所定の値とするような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、
前記2次巻線に生じるインダクタとともに2次側並列共振回路を形成する2次側並列共振コンデンサと、を備え、
前記1次側並列共振回路の共振周波数と、前記2次側並列共振回路の共振周波数とは略等しく設定され、前記1次側直列共振回路の共振周波数は、前記1次側並列共振回路の共振周波数または前記2次側並列共振回路の共振周波数の略1/2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 for obtaining a DC output voltage of a predetermined voltage from an AC power source,
A primary-side rectifier circuit comprising a primary-side rectifying element and a primary-side smoothing capacitor for converting AC power from the AC power source into primary-side DC power;
The primary side DC power is supplied to one winding end of the primary winding through the choke coil, and the secondary winding is magnetically loosely coupled to the primary winding and the primary winding. A converter transformer having windings;
A switching element connected to the other winding end of the primary winding;
An oscillation / drive circuit that turns on or off the switching element;
A primary-side parallel resonant capacitor that forms a primary-side parallel resonant circuit together with the choke coil and an inductor generated in the primary winding;
A primary-side series resonant capacitor that forms a primary-side series resonant circuit with an inductor generated in the primary winding;
A secondary-side rectifier circuit that obtains a DC output voltage by converting AC power generated in the secondary winding into DC power;
A control circuit for supplying a control signal such that the value of the DC output voltage is a predetermined value to the oscillation / drive circuit;
A secondary side parallel resonant capacitor that forms a secondary side parallel resonant circuit together with an inductor generated in the secondary winding;
The resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit and the resonance frequency of the secondary side parallel resonance circuit are set to be substantially equal, and the resonance frequency of the primary side series resonance circuit is the resonance frequency of the primary side parallel resonance circuit. A switching power supply circuit, characterized in that the frequency or the resonant frequency of the secondary side parallel resonant circuit is set to approximately ½.
さらに、前記スイッチング素子が切断のときに、前記スイッチング素子の両端に印加される電圧をクランプするクランプ用コンデンサと補助スイッチング素子の直列接続回路を備える請求項1に記載のスイッチング電源回路。   The switching power supply circuit according to claim 1, further comprising a series connection circuit of a clamping capacitor and an auxiliary switching element for clamping a voltage applied to both ends of the switching element when the switching element is disconnected. さらに、前記1次側直列共振回路に流れる共振電流または前記共振電流に応じた電圧を前記1次側平滑コンデンサに帰還して力率を改善する力率改善回路を備える請求項1に記載のスイッチング電源回路。   2. The switching according to claim 1, further comprising a power factor correction circuit that improves a power factor by feeding back a resonance current flowing through the primary side series resonance circuit or a voltage corresponding to the resonance current to the primary side smoothing capacitor. Power supply circuit.
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