JP2008172894A - Switching power supply circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply circuit in which the number of components is reduced to reduce ripple components and spike components contained in a DC output voltage. <P>SOLUTION: A primary side circuit includes a switching element Q1 with its switching frequency controlled by a control circuit 1 and an oscillation drive circuit 2, and a primary side parallel resonance circuit consisting of a leakage inductor L1 and a primary side parallel resonance capacitor C1. A secondary side circuit includes a secondary side parallel resonance circuit and a secondary side series resonance circuit consisting of a leakage inductor L2, a secondary side parallel resonance capacitor C3, and a secondary side series resonance capacitor C4, wherein the secondary side high speed diode Do1, an inductor Lo and a secondary side smoothing capacitor Co function as a step-down converter. <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.

直流電圧を昇圧および降圧させるコンバータである昇降圧コンバータの一例として、図22に示すような、インダクタL11、インダクタL12、コンデンサC11、コンデンサCo11、高速ダイオードDo11およびスイッチング素子Q11を備え、入力の電圧Eiを変換して負荷Rに電圧Eoを供給するチューク(Cuk)コンバータが知られている。チュークコンバータは、昇降圧コンバータとしての機能を有するのみならず、直流出力電圧に含まれるリップル電圧をゼロとする、所謂、ゼロリップルDC―DCコンバータである。以下、図面を引用して、チュークコンバータの動作原理の概要を説明する。   As an example of the step-up / step-down converter that is a converter for stepping up and stepping down a DC voltage, an inductor L11, an inductor L12, a capacitor C11, a capacitor Co11, a high-speed diode Do11, and a switching element Q11 as shown in FIG. A Cuk converter is known that converts the voltage to supply a voltage Eo to a load R. The Chuuk converter is a so-called zero ripple DC-DC converter that not only has a function as a step-up / step-down converter, but also makes the ripple voltage included in the DC output voltage zero. The outline of the operation principle of the Chuuk converter will be described below with reference to the drawings.

図22に示すチュークコンバータは、図23に示すようにインダクタL11、コンデンサCo11、高速ダイオードDo12およびスイッチング素子Q12を備え、入力の電圧Eiを昇圧して負荷Rに供給する電圧昇圧コンバータと、図24に示すようにインダクタL12、コンデンサCo11、高速ダイオードDo13およびスイッチング素子Q13を備え、入力の電圧Eiを降圧して負荷Rに供給する降圧コンバータとを組み合わせたものと考えることができる。すなわち、コンデンサC11によって昇圧コンバータと降圧コンバータとを結合したものと考えることができる。ここで、図23に示す昇圧コンバータ、および、図24に示す降圧コンバータの各々は、いずれも、周知のコンバータとしての回路技術である。   The Chuk converter shown in FIG. 22 includes an inductor L11, a capacitor Co11, a high speed diode Do12, and a switching element Q12 as shown in FIG. 23, and boosts the input voltage Ei and supplies it to the load R, and FIG. As shown, the inductor L12, the capacitor Co11, the high-speed diode Do13, and the switching element Q13 can be considered to be combined with a step-down converter that steps down the input voltage Ei and supplies it to the load R. That is, it can be considered that the step-up converter and the step-down converter are coupled by the capacitor C11. Here, each of the step-up converter shown in FIG. 23 and the step-down converter shown in FIG. 24 is a circuit technology as a well-known converter.

また、図22に示すチュークコンバータは、これと等価な回路であるトランスを有するコンバータに変形することができる。図25に示す回路は、等価な回路であるトランスを有するコンバータを最終的に導くために、図22に示す回路を書き換えたものであり、コンデンサC11をコンデンサC21とコンデンサC22との直列接続回路で置き換えるものである。さらに、図26に示す回路は、図25に示す回路におけるコンデンサC21とコンデンサC22との接続点のフローティング電位をインダクタL13によって固定するものである。図27に示す回路は、図26に示す回路におけるインダクタL13を1次巻線N1と2次巻線N2とを有するトランスによって構成するものである。図28に示す回路は、図27に示す回路における、1次巻線N1と2次巻線N2とが有する機能を電圧変換機能とインダクタンス機能とに分離した、図27と等価なる回路である。図28に示す回路における、リーケージインダクタL1のインダクタンスは1次巻線N1に生じるインダクタンスに対応し、リーケージインダクタL2のインダクタンスは2次巻線N2に生じるインダクタンスに対応する。また、図28に示す回路における、1次巻線N1および2次巻線N2を巻回して形成されるトランスは、巻線比のみが意味を有する理想トランスである。   Further, the Chuk converter shown in FIG. 22 can be modified to a converter having a transformer which is an equivalent circuit. The circuit shown in FIG. 25 is obtained by rewriting the circuit shown in FIG. 22 in order to finally derive a converter having a transformer which is an equivalent circuit. The capacitor C11 is a series connection circuit of a capacitor C21 and a capacitor C22. To replace. Further, the circuit shown in FIG. 26 fixes the floating potential at the connection point between the capacitor C21 and the capacitor C22 in the circuit shown in FIG. 25 by the inductor L13. In the circuit shown in FIG. 27, the inductor L13 in the circuit shown in FIG. 26 is configured by a transformer having a primary winding N1 and a secondary winding N2. The circuit shown in FIG. 28 is a circuit equivalent to FIG. 27 in which the functions of the primary winding N1 and the secondary winding N2 in the circuit shown in FIG. 27 are separated into a voltage conversion function and an inductance function. In the circuit shown in FIG. 28, the inductance of the leakage inductor L1 corresponds to the inductance generated in the primary winding N1, and the inductance of the leakage inductor L2 corresponds to the inductance generated in the secondary winding N2. Moreover, the transformer formed by winding the primary winding N1 and the secondary winding N2 in the circuit shown in FIG. 28 is an ideal transformer having only a winding ratio.

図28に示す回路における、負荷Rの両端に生じるリップル電圧を零とする、ゼロリップル条件は、1次巻線N1の巻数/2次巻線N2の巻数として得られる巻数の比である巻数比nと、トランスの1次巻線N1と2次巻線N2との磁気結合係数kとの関係を、巻数比n=磁気結合係数kの関係とすることである。この条件を満たす場合における、1次側の電流i1(図28を参照)のスイッチング周期における電流波形を図29に示す。ここで、電流i1が増加する領域はスイッチング素子Q11がオン(導通)となる期間に対応し、電流i1が減少する領域はスイッチング素子Q11がオフ(切断)となる期間に対応するものである。また、図30に2次側の電流i2(図28を参照)を示すが、図示されるように電流i2は直流電流であり、負荷Rの両端に印加される電圧にはリップルが発生しない。しかしながら、このような条件を満たす巻数比nを有し、このような条件を満たすリーケージインダクタL1とリーケージインダクタL2と有するようにして形成される複合トランス(インテグレーテッドマグネテックストランス)の設計、製造は困難であった。この結果、直流の電圧Ei、負荷Rの変化に対して、ゼロリップルで動作する範囲は、狭いものであった。また、スイッチング素子Q11と高速ダイオードDo11は、いずれも、所謂、ハードスイッチング動作をしており、ノイズの発生レベルも高いものであった。このように、ゼロリップルで動作する範囲が狭いことと、ノイズ対策の困難なことから、図28に示す回路の実用化は困難視されていた。近年においては、チューク博士は、このチュークコンバータを改良したテスラコンバータ(図示せず)の開発に成功している(例えば、特許文献1を参照)。このテスラコンバータは、図27に示す回路における1次巻線N1と並列にアクテイブクランプ回路を付加し、高速ダイオードDo11をMOS―FETを用いる同期整流回路とし、ソフトスイッチング動作をさせるものである。   In the circuit shown in FIG. 28, the zero ripple condition in which the ripple voltage generated at both ends of the load R is zero is a turns ratio that is a ratio of the number of turns of the primary winding N1 / the number of turns of the secondary winding N2. The relationship between n and the magnetic coupling coefficient k between the primary winding N1 and the secondary winding N2 of the transformer is to have the relationship of the turns ratio n = magnetic coupling coefficient k. FIG. 29 shows a current waveform in the switching cycle of the primary-side current i1 (see FIG. 28) when this condition is satisfied. Here, a region where the current i1 increases corresponds to a period during which the switching element Q11 is turned on (conducted), and a region where the current i1 decreases corresponds to a period during which the switching element Q11 is turned off (disconnected). FIG. 30 shows the secondary current i2 (see FIG. 28). As shown, the current i2 is a direct current, and no ripple is generated in the voltage applied across the load R. However, the design and manufacture of a composite transformer (integrated magnetex transformer) formed so as to have a turn ratio n satisfying such a condition and having a leakage inductor L1 and a leakage inductor L2 satisfying such condition. It was difficult. As a result, the range of operation with zero ripple with respect to changes in the DC voltage Ei and the load R was narrow. Further, both the switching element Q11 and the high-speed diode Do11 are performing a so-called hard switching operation and have a high noise generation level. Thus, practical application of the circuit shown in FIG. 28 has been considered difficult due to the narrow range of operation with zero ripple and the difficulty of noise suppression. In recent years, Dr. Chuuk has succeeded in developing a Tesla converter (not shown) improved from this Chuuk converter (see, for example, Patent Document 1). In this Tesla converter, an active clamp circuit is added in parallel with the primary winding N1 in the circuit shown in FIG. 27, and the high-speed diode Do11 is a synchronous rectifier circuit using a MOS-FET to perform a soft switching operation.

また、図28に示す回路と類似する回路としては、図31に示すスイッチング電源回路がある。このスイッチング電源回路は、1次側には、インダクタLp1として機能するチョークコイルPCC、スイッチング素子Q1(ボディダイオードDD1を内蔵する)、1次側並列共振コンデンサC1、1次側直列共振コンデンサC2およびコンバータトランスPITの1次巻線N1を備え、電圧共振回路と電流共振回路とを形成するE級スイッチング増幅器として構成され、2次側には、コンバータトランスの2次巻線N2、2次側直列共振コンデンサC4、高速ダイオードDo1、高速ダイオードDo2、第1の2次側平滑コンデンサCo1、第2の2次側平滑コンデンサCo2、インダクタLoを備え、電流共振回路を形成するとともに、倍圧半波整流回路を形成するものとした多重共振形コンバータである。ここで、1次巻線N1と2次巻線N2とは磁気的に疎結合とされ、1次巻線N1はリーケージインダクタL1として機能し、2次巻線N2はリーケージインダクタL2として機能する。また、制御回路1および発振・ドライブ回路2は制御手段として機能し、2次側の電圧Eo2の電圧値を一定とする。   As a circuit similar to the circuit shown in FIG. 28, there is a switching power supply circuit shown in FIG. This switching power supply circuit includes, on the primary side, a choke coil PCC that functions as an inductor Lp1, a switching element Q1 (which includes a body diode DD1), a primary side parallel resonant capacitor C1, a primary side series resonant capacitor C2, and a converter. The transformer PIT includes a primary winding N1 and is configured as a class E switching amplifier that forms a voltage resonance circuit and a current resonance circuit. The secondary side includes a secondary winding N2 of the converter transformer and a secondary side series resonance. The capacitor C4, the high-speed diode Do1, the high-speed diode Do2, the first secondary-side smoothing capacitor Co1, the second secondary-side smoothing capacitor Co2, and the inductor Lo form a current resonance circuit and a voltage doubler half-wave rectifier circuit Is a multi-resonance converter. Here, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are magnetically loosely coupled, and the primary winding N1 functions as a leakage inductor L1, and the secondary winding N2 functions as a leakage inductor L2. Further, the control circuit 1 and the oscillation / drive circuit 2 function as control means, and make the voltage value of the secondary side voltage Eo2 constant.

図32は、図31に示す回路の主要な部分の電圧と電流とを示して、その動作を示すものである。図面の上段より、電流IQ1(図31を参照)、電流ID2(図31を参照)、電流ID1(図31を参照)、電圧Eo1(図31を参照)および電圧Eo2(図31を参照)の各々を示している。   FIG. 32 shows the operation of the main part of the circuit shown in FIG. 31 by showing voltages and currents. From the top of the drawing, current IQ1 (see FIG. 31), current ID2 (see FIG. 31), current ID1 (see FIG. 31), voltage Eo1 (see FIG. 31), and voltage Eo2 (see FIG. 31). Each is shown.

また、1次側は電圧共振コンバータ、2次側に降圧コンバータを有するコンバータも知られている(特許文献2を参照)。
米国特許第6462962号明細書 特開平6−169568号公報
A converter having a voltage resonance converter on the primary side and a step-down converter on the secondary side is also known (see Patent Document 2).
US Pat. No. 6,462,962 specification JP-A-6-169568

しかしながら、図28に示すチュークコンバータにおいては、上述したように、良好な特性を有する複合トランスを設計、製造することが困難である。また、これを改良したテスラコンバータにおいては、3個のMOS−FETと高速ダイオードが必要とされ、構成部品の点数が増大するとともに、依然として複合トランスの入手が困難であるという点についての根本的な解決はされていない。また、図31に示すE級スイッチング増幅器を用いるコンバータ回路においては、倍圧半波整流回路を形成する高速ダイオードDo1および高速ダイオードDo2の逆回復時間(trr)によって、高速ダイオードのターンオフ時に、電圧Eo1に、スイッチング周期で発生するリップル電圧の大きさの5倍程度の大きさを有するスパイク電圧が発生する。このスパイク電圧の抑制対策として、インダクタLoと2次側平滑コンデンサCo2とで形成されるローパスフィルタが必要とされるが、負荷側に悪影響を与えることなく、インダクタLoのインダクタンスと2次側平滑コンデンサCo2のキャパシタンスとを選択することは困難が伴うものである。また、特許文献1に記載の回路構成では、1次側と次側とに2つのコンバータ回路を備えるので、部品点数が多く、回路構成が複雑である。   However, in the Chuk converter shown in FIG. 28, as described above, it is difficult to design and manufacture a composite transformer having good characteristics. Further, in the Tesla converter improved in this, three MOS-FETs and high-speed diodes are required, the number of components increases, and it is still difficult to obtain a composite transformer. It has not been solved. In the converter circuit using the class E switching amplifier shown in FIG. 31, the voltage Eo1 is turned off when the high speed diode is turned off due to the reverse recovery time (trr) of the high speed diode Do1 and the high speed diode Do2 forming the voltage doubler half-wave rectifier circuit. In addition, a spike voltage having a magnitude of about five times the magnitude of the ripple voltage generated in the switching period is generated. As a countermeasure for suppressing this spike voltage, a low-pass filter formed by the inductor Lo and the secondary side smoothing capacitor Co2 is required, but the inductance of the inductor Lo and the secondary side smoothing capacitor are not adversely affected on the load side. It is difficult to select the capacitance of Co2. In the circuit configuration described in Patent Document 1, since two converter circuits are provided on the primary side and the secondary side, the number of parts is large and the circuit configuration is complicated.

本発は、上述の課題を解決し、構成部品の点数を少なくし、構成が困難な複合トランスを用いることなく、直流出力電圧に含まれるリップル成分およびスパイク成分を小さなものとするスイッチング電源回路を提供するものである。   This is a switching power supply circuit that solves the above-mentioned problems, reduces the number of components, and reduces the ripple component and spike component contained in the DC output voltage without using a complex transformer that is difficult to configure. It is to provide.

本発明のスイッチング電源回路は、直流電力を入力して交流電力を発生する1次側回路と、前記交流電力を2次側回路に伝送するための1次巻線および2次巻線がコアに巻装され、前記1次巻線と前記2次巻線とが磁気的に疎結合とされて形成されるコンバータトランスと、前記2次側回路から負荷に供給される2次側直流出力電圧が定電圧となるように1次側回路を制御する定電圧制御手段と、を備えるスイッチング電源回路であって、前記1次側回路は、前記定電圧制御手段によってスイッチング周波数が制御されるスイッチング素子と、前記コンバータトランスの1次巻線に生じる漏洩インダクタンス成分と、前記スイッチング素子に並列接続される1次側並列共振コンデンサのキャパシタンスとで1次側並列共振周波数が支配されるようにして形成される1次側並列共振回路と、を具備し、前記2次側回路は、前記コンバータトランスの2次巻線に生じる漏洩インダクタンス成分と、前記2次巻線に直接または交流的に並列接続される2次側並列共振コンデンサのキャパシタンスとで2次側並列共振周波数が支配されるようにして形成される2次側並列共振回路と、前記コンバータトランスの2次巻線に生じる漏洩インダクタンス成分と、前記2次巻線に直接または交流的に直列接続される2次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとで2次側直列共振周波数が支配されるようにして形成される2次側直列共振回路と、前記2次巻線に得られる交流電力を整流する2次側直流出力電圧生成手段と、を具備し、前記2次側直流出力電圧生成手段は、前記2次側直列共振コンデンサと前記2次巻線との直列接続回路に並列に接続されるダイオードと、前記ダイオードに一端が接続されるインダクタと、前記インダクタの他端に接続される2次側平滑コンデンサと、を有して、前記2次巻線に生ずる電圧を降圧するように形成される。   The switching power supply circuit according to the present invention includes a primary circuit for generating AC power by inputting DC power, and a primary winding and a secondary winding for transmitting the AC power to the secondary circuit at the core. A converter transformer that is wound and formed by magnetically loosely coupling the primary winding and the secondary winding, and a secondary side DC output voltage supplied to the load from the secondary side circuit Constant voltage control means for controlling the primary side circuit so as to be constant voltage, the primary side circuit comprising: a switching element whose switching frequency is controlled by the constant voltage control means; The primary side parallel resonant frequency is governed by the leakage inductance component generated in the primary winding of the converter transformer and the capacitance of the primary side parallel resonant capacitor connected in parallel to the switching element. A primary side parallel resonant circuit formed in this manner, and the secondary side circuit includes a leakage inductance component generated in the secondary winding of the converter transformer and a direct or alternating current in the secondary winding. And a secondary side parallel resonance circuit formed such that the secondary side parallel resonance frequency is dominated by the capacitance of the secondary side parallel resonance capacitor connected in parallel with each other, and leakage occurring in the secondary winding of the converter transformer The secondary side series resonance formed such that the secondary side series resonance frequency is governed by the inductance component and the capacitance of the secondary side series resonance capacitor connected in series with the secondary winding directly or AC. A secondary side DC output voltage generating means for rectifying the AC power obtained in the secondary winding, and the secondary side DC output voltage generating means includes the secondary side series resonant capacitor. A diode connected in parallel to a series connection circuit of the second winding and the secondary winding, an inductor connected at one end to the diode, and a secondary-side smoothing capacitor connected to the other end of the inductor. Then, the voltage generated in the secondary winding is stepped down.

このスイッチング電源回路では、1次側に1次側並列共振回路を備え、2次側に2次側並列共振回路と2次側直列共振回路と2次側直流出力電圧生成手段と、負荷に供給される2次側直流出力電圧が定電圧となるように1次側回路を制御する定電圧制御手段とを備える。そして、2次側直流出力電圧生成手段は2次巻線に生ずる電圧を降圧するように形成されることによって、2次側直流出力電圧に含まれるリップル電圧とスパイク電圧の大きさを小さなものとする。   In this switching power supply circuit, a primary side parallel resonant circuit is provided on the primary side, a secondary side parallel resonant circuit, a secondary side series resonant circuit, a secondary side DC output voltage generating means, and a load are supplied to the secondary side. And a constant voltage control means for controlling the primary side circuit so that the secondary side DC output voltage becomes a constant voltage. The secondary side DC output voltage generating means is formed to step down the voltage generated in the secondary winding, thereby reducing the magnitude of the ripple voltage and spike voltage included in the secondary side DC output voltage. To do.

本発明の別のスイッチング電源回路は、直流電力を入力して交流電力を発生する1次側回路と、前記交流電力を2次側回路に伝送するための1次巻線および2次巻線がコアに巻装され、前記1次巻線と前記2次巻線とが磁気的に疎結合とされて形成されるコンバータトランスと、前記2次側回路から負荷に供給される2次側直流出力電圧が定電圧となるように1次側回路を制御する定電圧制御手段と、を備えるスイッチング電源回路であって、前記1次側回路は、前記定電圧制御手段によってスイッチング周波数が制御されるスイッチング素子と、前記コンバータトランスの1次巻線に生じる漏洩インダクタンス成分と、前記スイッチング素子に並列接続される1次側並列共振コンデンサのキャパシタンスとで1次側並列共振周波数が支配されるようにして形成される1次側並列共振回路と、を具備し、前記2次側回路は、前記コンバータトランスの2次巻線に生じる漏洩インダクタンス成分と、前記2次巻線に直接または交流的に直列接続される2次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとで2次側直列共振周波数が支配されるようにして形成される2次側直列共振回路と、前記2次巻線に直接または交流的に並列接続されるコンデンサと抵抗の直列接続回路として形成されるスナバー回路と、前記2次巻線に得られる交流電力を整流する2次側直流出力電圧生成手段と、を具備し、前記2次側直流出力電圧生成手段は、前記2次側直列共振コンデンサと前記2次巻線との直列接続回路に並列に接続されるダイオードと、前記ダイオードに一端が接続されるインダクタと、前記インダクタの他端に接続される2次側平滑コンデンサと、を有して、前記2次巻線に生ずる電圧を降圧するように形成される。   Another switching power supply circuit according to the present invention includes a primary side circuit for generating AC power by inputting DC power, and a primary winding and a secondary winding for transmitting the AC power to the secondary side circuit. A converter transformer wound around a core and formed by magnetically loosely coupling the primary winding and the secondary winding, and a secondary side DC output supplied to the load from the secondary side circuit And a constant voltage control means for controlling the primary side circuit so that the voltage becomes a constant voltage, wherein the primary side circuit is a switching whose switching frequency is controlled by the constant voltage control means. The primary side parallel resonant frequency is governed by the element, the leakage inductance component generated in the primary winding of the converter transformer, and the capacitance of the primary side parallel resonant capacitor connected in parallel to the switching element. A primary side parallel resonant circuit formed as described above, and the secondary side circuit includes a leakage inductance component generated in the secondary winding of the converter transformer and a direct or alternating current in the secondary winding. A secondary side series resonance circuit formed such that the secondary side series resonance frequency is dominated by the capacitance of the secondary side series resonance capacitors connected in series, and the secondary winding is directly or alternatingly connected A snubber circuit formed as a series connection circuit of a capacitor and a resistor connected in parallel to each other, and secondary side DC output voltage generating means for rectifying AC power obtained in the secondary winding, The side DC output voltage generating means includes a diode connected in parallel to a series connection circuit of the secondary side series resonant capacitor and the secondary winding, an inductor having one end connected to the diode, and the inductor. Has a secondary side smoothing capacitor connected to the other end of the inductor, and is formed so as to step down the voltage generated in said secondary winding.

このスイッチング電源回路では、1次側に1次側並列共振回路を備え、2次側に2次側直列共振回路とコンデンサと抵抗の直列接続回路として形成されるスナバー回路と、2次側直流出力電圧生成手段と、負荷に供給される2次側直流出力電圧が定電圧となるように1次側回路を制御する定電圧制御手段とを備える。そして、2次側直流出力電圧生成手段は2次巻線に生ずる電圧を降圧するように形成されることによって、2次側直流出力電圧に含まれるリップル電圧の大きさを小さなものとし、スナバー回路によってスパイク電圧の発生を防止する。   In this switching power supply circuit, a primary side parallel resonance circuit is provided on the primary side, a secondary side series resonance circuit on the secondary side, a snubber circuit formed as a series connection circuit of a capacitor and a resistor, and a secondary side DC output Voltage generating means and constant voltage control means for controlling the primary side circuit so that the secondary side DC output voltage supplied to the load becomes a constant voltage. The secondary side DC output voltage generating means is formed to step down the voltage generated in the secondary winding, thereby reducing the magnitude of the ripple voltage included in the secondary side DC output voltage. Prevents the occurrence of spike voltage.

本発明によれば、構成部品の点数を少なくし、構成が困難な複合トランスを用いることなく、直流出力電圧のリップル成分を低減するスイッチング電源回路を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the switching power supply circuit which reduces the ripple component of DC output voltage can be provided, without reducing the number of components and using the composite transformer which is difficult to configure.

「第1実施形態」
図1に示す第1実施形態のスイッチング電源回路は、交流電源からの交流電力を整流平滑して得られる直流電力を入力して高周波の交流電力を発生する1次側回路と、この交流電力を2次側回路に伝送するための1次巻線N1および2次巻線N2がコアに巻装されて形成されるコンバータトランスPITと、2次側回路から負荷(図示せず)に供給される2次側直流出力電圧Eoが定電圧となるように1次側回路を制御する定電圧制御手段として機能する制御回路1および発振・ドライブ回路2と、を備えるスイッチング電源回路である。ここで、1次側回路と2次側回路とはコンバータトランスの1次巻線N1と2次巻線N2とで分離され、1次巻線N1を含めて交流電源ACの側に配された回路部が1次側回路であり、2次巻線N2を含めて2次側平滑コンデンサCoの側に配された回路部が2次側回路である。
“First Embodiment”
The switching power supply circuit according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes a primary circuit that generates high-frequency AC power by inputting DC power obtained by rectifying and smoothing AC power from an AC power supply, and this AC power. A primary winding N1 and a secondary winding N2 for transmission to the secondary circuit are wound around the core, and the converter transformer PIT is supplied to the load (not shown) from the secondary circuit. The switching power supply circuit includes a control circuit 1 and an oscillation / drive circuit 2 that function as constant voltage control means for controlling the primary side circuit so that the secondary side DC output voltage Eo becomes a constant voltage. Here, the primary side circuit and the secondary side circuit are separated by the primary winding N1 and the secondary winding N2 of the converter transformer, and are arranged on the AC power supply AC side including the primary winding N1. The circuit unit is a primary circuit, and the circuit unit arranged on the secondary smoothing capacitor Co side including the secondary winding N2 is a secondary circuit.

そして、1次側回路は、発振・ドライブ回路2によってスイッチング周波数fsが制御されるスイッチング素子Q1と、コンバータトランスPITの1次巻線N1に生じる漏洩インダクタンス成分であるリーケージインダクタL1およびスイッチング素子Q1に並列接続される1次側並列共振コンデンサC1のキャパシタンスによって1次側並列共振周波数fpo1が支配されるようにして形成され、1次側回路の動作を電圧共振形とする1次側並列共振回路を具備している。ここで、1次側並列共振周波数が支配されるとは、リーケージインダクタL1と1次側並列共振コンデンサC1とが1次側並列共振周波数fpo1を定める主要因となることを言うものである。例えば、1次側平滑コンデンサCiも1次側並列共振周波数に影響を与えるが、1次側平滑コンデンサCiのキャパシタンスの値は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、例えば、1万倍以上大きいので、1次側平滑コンデンサCiは交流的には短絡と見なせて、1次側並列共振周波数を支配するものではない。   The primary side circuit includes a switching element Q1 whose switching frequency fs is controlled by the oscillation / drive circuit 2, and a leakage inductor L1 and a switching element Q1 that are leakage inductance components generated in the primary winding N1 of the converter transformer PIT. A primary side parallel resonance circuit formed such that the primary side parallel resonance frequency fpo1 is dominated by the capacitance of the primary side parallel resonance capacitor C1 connected in parallel, and the operation of the primary side circuit is a voltage resonance type. It has. Here, the fact that the primary side parallel resonance frequency is dominated means that the leakage inductor L1 and the primary side parallel resonance capacitor C1 are the main factors that determine the primary side parallel resonance frequency fpo1. For example, the primary side smoothing capacitor Ci also affects the primary side parallel resonance frequency, but the capacitance value of the primary side smoothing capacitor Ci is, for example, 1 as compared with the capacitance value of the primary side parallel resonance capacitor C1. Since it is 10,000 times larger, the primary side smoothing capacitor Ci can be regarded as a short circuit in terms of alternating current, and does not dominate the primary side parallel resonance frequency.

また、2次側回路は、2次巻線N2に生じる漏れインダクタであるリーケージインダクタL2と2次巻線N2の両端に接続される2次側並列共振コンデンサC3とで2次側並列共振周波数fpo2が支配されるようにして形成される2次側並列共振回路を具備する。また、2次側回路は、リーケージインダクタL2と2次巻線N2に直列に接続される2次側直列共振コンデンサC4とで2次側直列共振周波数fso2が支配されるようにして形成される2次側直列共振回路を具備する。ここで、2次側並列共振周波数が支配されるとは、リーケージインダクタL2と2次側並列共振コンデンサC3とが2次側並列共振周波数fpo2を定める主要因となることを言うものであり、2次側直列共振周波数が支配されるとは、リーケージインダクタL2と2次側直列共振コンデンサC4とが2次側直列共振周波数fso2を定める主要因となることを言うものである。例えば、2次側平滑コンデンサCoも2次側並列共振周波数および2次側直列共振周波数に影響を与えるが、2次側平滑コンデンサCoのキャパシタンスの値は2次側並列共振コンデンサC3のキャパシタンスの値および2次側直列共振コンデンサC4のキャパシタンスの値に較べて、例えば、1万倍以上大きいので、2次側平滑コンデンサCoは交流的には短絡と見なせて、2次側並列共振周波数および2次側直列共振周波数のいずれをも支配するものではない。   The secondary side circuit includes a leakage parallel inductor L2 that is a leakage inductor generated in the secondary winding N2 and a secondary parallel resonance capacitor C3 connected to both ends of the secondary winding N2, and a secondary parallel resonance frequency fpo2. The secondary side parallel resonance circuit formed so that is controlled is provided. The secondary side circuit is formed so that the secondary side series resonance frequency fso2 is dominated by the leakage inductor L2 and the secondary side series resonance capacitor C4 connected in series to the secondary winding N2. A secondary series resonant circuit is provided. Here, the fact that the secondary side parallel resonance frequency is dominated means that the leakage inductor L2 and the secondary side parallel resonance capacitor C3 are the main factors that determine the secondary side parallel resonance frequency fpo2. The fact that the secondary side series resonance frequency is dominated means that the leakage inductor L2 and the secondary side series resonance capacitor C4 are the main factors that determine the secondary side series resonance frequency fso2. For example, the secondary side smoothing capacitor Co also affects the secondary side parallel resonance frequency and the secondary side series resonance frequency, but the capacitance value of the secondary side smoothing capacitor Co is the capacitance value of the secondary side parallel resonance capacitor C3. For example, the secondary smoothing capacitor Co can be regarded as a short circuit in terms of alternating current, and the secondary parallel resonant frequency and 2 are larger than the capacitance value of the secondary series resonant capacitor C4. It does not dominate any of the secondary series resonance frequencies.

また、2次側回路は、降圧コンバータとして機能させるための高速ダイオードDo1とインダクタLoと2次側平滑コンデンサCoとを具備している。   Further, the secondary side circuit includes a high speed diode Do1, an inductor Lo, and a secondary side smoothing capacitor Co for functioning as a step-down converter.

ここで、図1に示す回路と図23に示す回路との原理的な対応関係は、図1に示す回路における2次側直列共振コンデンサC4を、図23に示す昇圧コンバータ回路におけるコンデンサCo11に置き換えたものと考えることができる。   Here, the principle correspondence between the circuit shown in FIG. 1 and the circuit shown in FIG. 23 is that the secondary side series resonant capacitor C4 in the circuit shown in FIG. 1 is replaced with a capacitor Co11 in the boost converter circuit shown in FIG. Can be considered.

図1に示すスイッチング電源回路について、入力側から出力側に至る電力経路についてさらに詳細に順に説明する。まず、商用の交流電源ACに対しては、2個のフィルタコンデンサCLおよびコモンモードチョークコイルCMCによるコモンモードノイズフィルタが形成されている。   With respect to the switching power supply circuit shown in FIG. 1, the power path from the input side to the output side will be described in further detail in order. First, for a commercial AC power supply AC, a common mode noise filter is formed by two filter capacitors CL and a common mode choke coil CMC.

そして、コモンモードノイズフィルタの出力側にはブリッジ接続とされる1次側整流素子Diおよび1次側平滑コンデンサCiから成る全波整流回路が接続される。この全波整流回路が商用の交流電源ACからの交流電力を入力して全波整流動作を行うことによって、1次側平滑コンデンサCiの両端には整流平滑された直流電圧が得られ、1次側平滑コンデンサCiの両端から直流電力が供給される。この場合の直流の電圧Eiの値は、交流入力電圧VACの等倍に対応したレベルとなる。   A full-wave rectifier circuit including a primary-side rectifying element Di and a primary-side smoothing capacitor Ci that are bridge-connected is connected to the output side of the common mode noise filter. When this full-wave rectifier circuit receives AC power from a commercial AC power supply AC and performs a full-wave rectification operation, a rectified and smoothed DC voltage is obtained at both ends of the primary side smoothing capacitor Ci. DC power is supplied from both ends of the side smoothing capacitor Ci. In this case, the value of the DC voltage Ei is at a level corresponding to the AC input voltage VAC.

1次側平滑コンデンサCiの一端とコンバータトランスPITの1次巻線N1の一端とが接続され、1次巻線N1の他端にはスイッチング素子Q1が接続され、この直流の電圧Eiは、1次巻線N1を介して1次巻線N1の他端に接続されるスイッチング素子Q1に供給される。スイッチング素子Q1のドレイン−ソース間に対しては、ボディダイオードDD1が並列に接続される。ボディダイオードDD1のアノード、カソードは、スイッチング素子Q1のソース、ドレインと接続される。ボディダイオードDD1は、スイッチング素子Q1が備えるボディダイオードとされ、MOS−FETの製造プロセス上、付随して形成される素子である。   One end of the primary side smoothing capacitor Ci and one end of the primary winding N1 of the converter transformer PIT are connected, and the switching element Q1 is connected to the other end of the primary winding N1, and the DC voltage Ei is 1 It is supplied to the switching element Q1 connected to the other end of the primary winding N1 via the secondary winding N1. A body diode DD1 is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q1. The anode and cathode of the body diode DD1 are connected to the source and drain of the switching element Q1. The body diode DD1 is a body diode included in the switching element Q1, and is an element that is incidentally formed in the MOS-FET manufacturing process.

また、スイッチング素子Q1をスイッチング駆動するために、発振・ドライブ回路2が設けられる。この発振・ドライブ回路2は、発振回路、駆動(ドライブ)回路を有しており、例えばこの場合には、汎用のICを用いることができる。発振・ドライブ回路2の発振回路は、所要周波数の発振信号を発生させ、駆動回路は、発振信号を利用して、例えば、スイッチング素子Q1としてのMOS−FETをスイッチング駆動するためのゲート電圧であるスイッチング駆動信号を生成して、ゲートに印加するようにされる。これにより、スイッチング素子Q1は、スイッチング駆動信号の周期(スイッチング周波数fsの逆数)で、連続的にスイッチング動作を行う。   In addition, an oscillation / drive circuit 2 is provided for switching the switching element Q1. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit. For example, a general-purpose IC can be used in this case. The oscillation circuit of the oscillation / drive circuit 2 generates an oscillation signal having a required frequency, and the drive circuit uses, for example, the gate voltage for switching driving the MOS-FET as the switching element Q1 using the oscillation signal. A switching drive signal is generated and applied to the gate. As a result, the switching element Q1 continuously performs a switching operation at the period of the switching drive signal (reciprocal of the switching frequency fs).

制御回路1は、2次側直流出力電圧Eoをスイッチング周波数制御方式により安定化するために設けられる。この場合の制御回路1は、検出入力である2次側直流出力電圧Eoと、安定化するべき基準の電圧との差として得られる誤差電圧のレベル変化に応じた検出出力を発振・ドライブ回路2に供給する。発振・ドライブ回路2では、入力された制御回路1の検出出力に応じてスイッチング周波数fsが可変されるようにしてスイッチング素子Q1を駆動する。このためには、内部の発振回路により生成する発振信号の周波数を可変することになる。スイッチング素子Q1のスイッチング周波数fsが可変されることで、1次側並列共振回路の共振インピーダンスが変化し、コンバータトランスPITの1次巻線N1から2次巻線N2側に伝送される電力量が変化するが、これにより2次側直流出力電圧Eoのレベルを安定化させるように動作する。   The control circuit 1 is provided to stabilize the secondary side DC output voltage Eo by the switching frequency control method. In this case, the control circuit 1 generates a detection output corresponding to the level change of the error voltage obtained as a difference between the secondary side DC output voltage Eo as a detection input and a reference voltage to be stabilized. To supply. The oscillation / drive circuit 2 drives the switching element Q1 such that the switching frequency fs is varied according to the input detection output of the control circuit 1. For this purpose, the frequency of the oscillation signal generated by the internal oscillation circuit is varied. By changing the switching frequency fs of the switching element Q1, the resonance impedance of the primary side parallel resonance circuit changes, and the amount of power transmitted from the primary winding N1 of the converter transformer PIT to the secondary winding N2 side is changed. Although it changes, this operates so as to stabilize the level of the secondary side DC output voltage Eo.

コンバータトランスPITは、直流電力をスイッチング素子Q1でスイッチングすることによって、再び交流電力とされたスイッチング出力を2次側に伝送するために設けられる。ここで、再び交流電力とされたスイッチング出力の周波数は、例えば、商用の交流電源ACの周波数の1000倍以上に選ばれるので、コンバータトランスPITのサイズは小さなものとできる。このコンバータトランスPITは、図2に断面図を示す構造を有して構成されている。コンバータトランスPITは、フェライトコアとされている、E字形状コア(図2に示す断面方向およびこれと直交する断面のいずれもが矩形であるコア、または、図2に示す断面方向は矩形であり、これと直交する断面は円形であるコア)を有している。コンバータトランスPITは、このように、フェライト材によるE字形状コアであるコアCR1およびコアCR2を組合せたEE型コア(コア断面のいずれもが矩形である上述したコアを組み合わせたコア)またはEER型コア(コア断面の一方が円形である上述したコアを組み合わせたコア)を備え、1次側と2次側とで巻装部位を分割したうえで、1次巻線N1と、2次巻線N2を、EE型コアまたはEER型コアの中央磁脚を覆うボビンBの上に巻装している。ここで、1次巻線N1と2次巻線N2とは、磁気的に疎結合とされている。磁気的に疎結合とは、1次巻線N1に鎖交する磁束と2次巻線N2に鎖交する磁束とのすべてが共通するものではなく、1次巻線N1または2次巻線N2のいずれかにのみ鎖交する磁束が存在することをいうものである。このように、疎結合とすることによって、上述したように、1次巻線N1はリーケージインダクタL1として機能し、2次巻線N2はリーケージインダクタL2として機能することとなる。ここで、1次巻線N1と2次巻線N2との磁気的な結合を疎結合とするためのコンバータトランスPITは、図2に示すコアCR1、コアCR2の内磁脚を、2本の外磁脚よりも短くすることで実現することができる。   The converter transformer PIT is provided in order to transmit the switching output converted to AC power again to the secondary side by switching DC power with the switching element Q1. Here, the frequency of the switching output, which is again AC power, is selected to be 1000 times or more the frequency of the commercial AC power supply AC, for example, so that the size of the converter transformer PIT can be made small. This converter transformer PIT has a structure shown in a sectional view in FIG. The converter transformer PIT is an E-shaped core that is a ferrite core (a core in which both the cross-sectional direction shown in FIG. 2 and the cross-section orthogonal thereto are rectangular, or the cross-sectional direction shown in FIG. 2 is rectangular. The cross section perpendicular to this has a circular core). As described above, the converter transformer PIT is an EE type core that combines the core CR1 and the core CR2 that are E-shaped cores made of a ferrite material (a core that is a combination of the above-described cores each having a rectangular core cross section) or an EER type A core (a core in which one of the core cross sections is combined with the above-described core) is provided, and the winding portion is divided on the primary side and the secondary side, and then the primary winding N1 and the secondary winding N2 is wound on the bobbin B that covers the central magnetic leg of the EE type core or the EER type core. Here, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are magnetically loosely coupled. The magnetically loose coupling does not mean that the magnetic flux interlinking with the primary winding N1 and the magnetic flux interlinking with the secondary winding N2 are common, but the primary winding N1 or the secondary winding N2. It means that there exists a magnetic flux that is linked only to either of the above. In this way, by using loose coupling, as described above, the primary winding N1 functions as the leakage inductor L1, and the secondary winding N2 functions as the leakage inductor L2. Here, the converter transformer PIT for loosely coupling the magnetic coupling between the primary winding N1 and the secondary winding N2 includes two core legs of the core CR1 and the core CR2 shown in FIG. This can be realized by making it shorter than the outer magnetic leg.

ここで、第1実施形態では、コンバータトランスPITのフェライトコアとしては、EER型コアを用い、EER型コアのコアサイズとしてはEER−40(コアの型番)を用いた。EER型コアの内磁脚のギャップとしては、ギャップ長1.4mmに設定し、これによって1次巻線N1と2次巻線N2との磁気的な結合係数kの値としては、0.7の疎結合の状態を得るようにしている。コンバータトランスPITは、このような構造によって1次巻線N1に所定のリーケージインダクタL1を生じさせ、2次巻線N2に所定のリーケージインダクタL2を生じさせる。   Here, in the first embodiment, an EER type core is used as the ferrite core of the converter transformer PIT, and EER-40 (core model number) is used as the core size of the EER type core. The gap between the inner magnetic legs of the EER type core is set to a gap length of 1.4 mm. As a result, the value of the magnetic coupling coefficient k between the primary winding N1 and the secondary winding N2 is 0.7. To get a loosely coupled state. With this structure, the converter transformer PIT generates a predetermined leakage inductor L1 in the primary winding N1 and a predetermined leakage inductor L2 in the secondary winding N2.

そして、スイッチング素子Q1がスイッチングするスイッチング周波数fsにおいては、1次側平滑コンデンサCoは短絡とみなせるので、スイッチング素子Q1と並列に接続される1次側並列共振コンデンサC1は、交流的には1次巻線N1と並列に接続されている。従って、1次巻線N1のリーケージインダクタL1と1次側並列共振コンデンサC1のキャパシタンスとで1次側並列共振回路が形成されることになる。ここで、1次巻線N1の巻数は60T(ターン)とし、リーケージインダクタL1のインダクタンスの値は540μH(マイクロ・ヘンリ)が得られた。また、1次側並列共振コンデンサC1の容量は7500pF(ピコ・ファラッド)とした。このようにして、図1に示す第1実施形態のスイッチング電源回路の1次側は、1次巻線N1に発生するリーケージインダクタL1と1次側並列共振コンデンサC1とで電圧共振回路が形成される。   Since the primary side smoothing capacitor Co can be regarded as a short circuit at the switching frequency fs at which the switching element Q1 switches, the primary side parallel resonant capacitor C1 connected in parallel with the switching element Q1 is primary in terms of alternating current. It is connected in parallel with the winding N1. Therefore, a primary side parallel resonant circuit is formed by the leakage inductor L1 of the primary winding N1 and the capacitance of the primary side parallel resonant capacitor C1. Here, the number of turns of the primary winding N1 was 60T (turn), and the inductance value of the leakage inductor L1 was 540 μH (micro Henry). The capacitance of the primary side parallel resonant capacitor C1 was 7500 pF (pico farad). In this way, on the primary side of the switching power supply circuit of the first embodiment shown in FIG. 1, a voltage resonance circuit is formed by the leakage inductor L1 generated in the primary winding N1 and the primary side parallel resonance capacitor C1. The

次に、第1実施形態のスイッチング電源回路の2次側について説明をする。コンバータトランスPITの2次巻線N2には、並列に2次側並列共振コンデンサC3が接続され、リーケージインダクタL2と2次側並列共振コンデンサC3とで電圧共振回路が形成される。2次巻線N2の巻き数は45Tとされ、リーケージインダクタL2のインダクタンスの値は330μHを得ている。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0.022μFとしている。   Next, the secondary side of the switching power supply circuit according to the first embodiment will be described. A secondary side parallel resonant capacitor C3 is connected in parallel to the secondary winding N2 of the converter transformer PIT, and a voltage resonant circuit is formed by the leakage inductor L2 and the secondary side parallel resonant capacitor C3. The number of turns of the secondary winding N2 is 45T, and the inductance value of the leakage inductor L2 is 330 μH. The capacitance value of the secondary side parallel resonant capacitor C3 is 0.022 μF.

また、スイッチング電源回路の2次側には、電流共振回路として作用する2次側直列共振回路が設けられており、この2次側共振回路は、リーケージインダクタL2のインダクタンスの値と2次側直列共振コンデンサC4のキャパシタンスの値とで2次側直列共振周波数fso2が支配されるようにして形成される。リーケージインダクタL2のインダクタンスの値は、上述したように330μHであり、2次側直列共振コンデンサC4のキャパシタンスの値は0.015μFである。   Further, a secondary side series resonance circuit that acts as a current resonance circuit is provided on the secondary side of the switching power supply circuit, and this secondary side resonance circuit is connected to the inductance value of the leakage inductor L2 and the secondary side series resonance circuit. The secondary series resonance frequency fso2 is controlled by the capacitance value of the resonance capacitor C4. As described above, the inductance value of the leakage inductor L2 is 330 μH, and the capacitance value of the secondary side series resonance capacitor C4 is 0.015 μF.

また、スイッチング電源回路の2次側には、高速ダイオードDo1とローパスフィルタとして機能するインダクタLoおよび2次側平滑コンデンサCoを備える。インダクタLoのインダクタンスの値は、400μHとし、2次側平滑コンデンサCoのキャパシタンスの値は1000μFとした。インダクタLoは、図2に示すコンバータトランスと同様の構造を有し、巻線としては、1の巻線のみがボビンBに巻装されている。フェライトコア材としては、EE−25(コア材の型番)を用い、内磁脚のギャップとしては、ギャップ長0.8mmに設定した。   A secondary side of the switching power supply circuit includes a high-speed diode Do1, an inductor Lo that functions as a low-pass filter, and a secondary-side smoothing capacitor Co. The inductance value of the inductor Lo was 400 μH, and the capacitance value of the secondary side smoothing capacitor Co was 1000 μF. The inductor Lo has the same structure as the converter transformer shown in FIG. 2, and only one winding is wound around the bobbin B as the winding. EE-25 (model number of the core material) was used as the ferrite core material, and the gap length of the inner magnetic leg was set to 0.8 mm.

上述したような1次側回路と2次側回路とは、コンバータトランスPITを介して磁気的に結合されているが、1次巻線N1と2次巻線N2とのまき方向は加極性となるようにして巻回されている。図1においては、1次巻線N1と2次巻線N2とのまき方向は、各々について、巻端の付近に配した黒丸の印で巻線のまき方向を示している。   The primary side circuit and the secondary side circuit as described above are magnetically coupled via the converter transformer PIT. However, the winding direction of the primary winding N1 and the secondary winding N2 is an additional polarity. It is wound to be. In FIG. 1, the winding direction of the primary winding N1 and the secondary winding N2 indicates the winding direction of the winding with a black circle mark arranged in the vicinity of the winding end.

2次巻線N2に生じる電圧V2(図1を参照)が正であるときには、2次巻線N2から2次側並列共振コンデンサC3に対して、矢印(→)で電流方向を示す電流I5(図1を参照)が流れるとともに、2次巻線N2から2次側直列共振コンデンサC4、インダクタLo、2次側平滑コンデンサCoに対して、矢印(→)で電流方向を示す電流I4(図1を参照)が流れる。   When the voltage V2 (see FIG. 1) generated in the secondary winding N2 is positive, the current I5 (indicated by the arrow (→)) indicates the current direction from the secondary winding N2 to the secondary parallel resonant capacitor C3. As shown in FIG. 1, the current I4 (FIG. 1) indicates the current direction from the secondary winding N2 to the secondary side series resonance capacitor C4, the inductor Lo, and the secondary side smoothing capacitor Co. Flow).

また、2次巻線N2に生じる電圧V2が負であるときには、2次巻線N2から2次側並列共振コンデンサC3に対して、矢印(→)の反対方向に電流I5が流れるとともに、2次巻線N2から高速ダイオードDo1、2次側直列共振コンデンサC4に対して、矢印(→)の反対方向に電流I3(図1を参照)、さらには、インダクタLoから2次側平滑コンデンサCo、高速ダイオードDo1に対して、矢印(→)で電流方向を示す電流I4が流れる。   When the voltage V2 generated in the secondary winding N2 is negative, a current I5 flows in the opposite direction of the arrow (→) from the secondary winding N2 to the secondary parallel resonant capacitor C3, and the secondary The current I3 (see FIG. 1) in the direction opposite to the arrow (→) from the winding N2 to the high-speed diode Do1 and the secondary-side series resonant capacitor C4, and further from the inductor Lo to the secondary-side smoothing capacitor Co, A current I4 indicating a current direction by an arrow (→) flows through the diode Do1.

ここで、インダクタLoのインダクタンスの値をリーケージインダクタL2のインダクタンスの値よりも大きく選定すると、インダクタLoに流れる電流I4の波形を電流連続モードの正弦波形状とすることができる。このような電流波形とすることによって、2次側平滑コンデンサCoの両端の2次側直流出力電圧Eoに生じるリップル電圧である電圧ΔEoの大きさを減少させることができる。また、このような電流波形とすることによって、高速ダイオードDo1の逆回復時間(trr)の影響によって生じるスパイク電圧の大きさも大幅に減少させることができる。   Here, when the inductance value of the inductor Lo is selected to be larger than the inductance value of the leakage inductor L2, the waveform of the current I4 flowing through the inductor Lo can be formed into a sine wave shape in the current continuous mode. By setting it as such a current waveform, the magnitude | size of voltage (DELTA) Eo which is a ripple voltage which arises in the secondary side DC output voltage Eo of the both ends of the secondary side smoothing capacitor Co can be reduced. Further, by using such a current waveform, the magnitude of the spike voltage caused by the influence of the reverse recovery time (trr) of the high speed diode Do1 can be greatly reduced.

図3、図4は、図1に示した電源回路の各部の動作波形を示している。これらの図において、図3では、最大の負荷電力である負荷電力Po=300Wにおける動作波形を示し、図4では、無負荷の電力である負荷電力Po=0Wにおける動作波形を示している。なお、これらの図では、交流入力電圧VAC=100Vとした場合の実験結果を示している。   3 and 4 show operation waveforms of each part of the power supply circuit shown in FIG. In these figures, FIG. 3 shows an operation waveform at a load power Po = 300 W, which is the maximum load power, and FIG. 4 shows an operation waveform at a load power Po = 0 W, which is no-load power. In these figures, experimental results in the case where the AC input voltage VAC = 100 V are shown.

これら図3、図4において、電圧V1(図1を参照)は、スイッチング素子Q1の両端電圧であり、スイッチング素子Q1のオンまたはオフに応じた変化を示すものとなる。つまり、電圧V1が0レベルとなる期間には、図示するスイッチング素子Q1の電流IQ1(図1を参照)が流れる。また、電流I1(図1を参照)は、1次巻線N1を流れる共振電流である。   3 and 4, the voltage V1 (see FIG. 1) is a voltage across the switching element Q1, and shows a change depending on whether the switching element Q1 is turned on or off. That is, a current IQ1 (see FIG. 1) of the illustrated switching element Q1 flows during a period in which the voltage V1 is 0 level. The current I1 (see FIG. 1) is a resonance current that flows through the primary winding N1.

1次巻線N1に共振電流が流れることにより、コンバータトランスPITの2次巻線N2には、図示する電圧V2(図1を参照)が励起される。このような交流の電圧V2が得られることで、上述した経路で電流I2(図1を参照)、電流I3(図1を参照)、電流I4(図1を参照)、電流I5(図1を参照)の各々が流れ、電圧V3(図1を参照)が発生し、2次側直流出力電圧Eoとして175Vの直流電圧が得られる。電圧ΔEoは、2次側直流出力電圧Eoのリップル電圧を示すものである。電圧V3は、ピーク値として630Vが得られており、高速ダイオードDo1とインダクタLoと2次側平滑コンデンサCoとが、降圧コンバータの構成部品として機能して、2次側直流出力電圧Eoとして175Vが得られていることが分かる。なお、第1実施形態のスイッチング電源回路では、交流電源ACが出力する交流入力電圧VACの範囲は85Vから144Vの範囲とした。   When the resonance current flows through the primary winding N1, the illustrated voltage V2 (see FIG. 1) is excited in the secondary winding N2 of the converter transformer PIT. By obtaining such an alternating voltage V2, current I2 (see FIG. 1), current I3 (see FIG. 1), current I4 (see FIG. 1), current I5 (see FIG. 1) through the above-described path. ) Flows, and a voltage V3 (see FIG. 1) is generated, and a DC voltage of 175 V is obtained as the secondary side DC output voltage Eo. The voltage ΔEo indicates the ripple voltage of the secondary side DC output voltage Eo. The voltage V3 has a peak value of 630V, and the high speed diode Do1, the inductor Lo, and the secondary side smoothing capacitor Co function as components of the step-down converter, and the secondary side DC output voltage Eo is 175V. You can see that it is obtained. In the switching power supply circuit of the first embodiment, the range of the AC input voltage VAC output from the AC power supply AC is in the range of 85V to 144V.

図5は、図1に示す第1実施形態のスイッチング電源回路の、負荷電力Poを横軸にして、負荷電力Poの値が0Wから300Wまでの範囲における、スイッチング周波数fs、電力変換効率ηAC→DC、スイッチング素子Q1のドレインとソースとがオン(導通)となる期間である期間TON、スイッチング素子Q1のドレインとソースとがオフ(切断)となる期間である期間TOFFの各々を示している。   FIG. 5 shows the switching frequency fs and the power conversion efficiency ηAC in the range of the load power Po from 0 W to 300 W with the load power Po as the horizontal axis of the switching power supply circuit of the first embodiment shown in FIG. DC, a period TON in which the drain and source of the switching element Q1 are turned on (conducted), and a period TOFF in which the drain and source of the switching element Q1 are turned off (disconnected) are shown.

図3ないし図5に示す、実験結果から得られた事実から以下のことが分かる。図3と図31とに示す各々の回路におけるリップル電圧の値を比較する。図31に示す回路においては、フィルタ回路を簡単なものとして電圧Eo1を出力直流電圧とする場合には、図32に示す電圧Eo1から見て取れるように0.5V程度であるが、図1に示す回路においては、図3に示す電圧ΔEoから見て取れるように0.15V程度と小さなものとなっている。またスパイク電圧の大きさは、図32に示す電圧Eo1から見て取れるように2.5V程度であるが、図3に示す電圧ΔEoから見て取れるように、0.25V程度と小さなものとなっている。このことは、図31に示すようなパイ型(π型)のフィルタを用いなくても、良好なるリップル特性とスパイク特性とが得られることを示し、第1実施形態のフィルタは、部品点数が少なく、良好なる特性を呈することを示している。   The following can be understood from the facts obtained from the experimental results shown in FIGS. The ripple voltage values in the respective circuits shown in FIGS. 3 and 31 are compared. In the circuit shown in FIG. 31, when the filter circuit is simplified and the voltage Eo1 is used as the output DC voltage, the voltage is about 0.5 V as seen from the voltage Eo1 shown in FIG. Is as small as about 0.15 V as can be seen from the voltage ΔEo shown in FIG. The magnitude of the spike voltage is about 2.5 V as seen from the voltage Eo1 shown in FIG. 32, but is as small as about 0.25 V as seen from the voltage ΔEo shown in FIG. This indicates that good ripple characteristics and spike characteristics can be obtained without using a pi-type (π-type) filter as shown in FIG. 31, and the filter of the first embodiment has a smaller number of parts. It shows little and exhibits good characteristics.

第1実施形態として示すスイッチング電源回路では、1次側は、電圧共振シングルエンデッドコンバータ、2次側は、電圧共振回路と電流共振回路とを組み合わせ、さらに、降圧形コンバータとして構成し、1次側と2次側とで、多重共振コンバータを構成している。このように構成することによって、2次側直流出力電圧Eoに含まれるスイッチング周期のリップル電圧である電圧ΔEoの大きさは、背景技術における電圧Eo1に含まれるリップル電圧と比較して、1/2以下とできる。また、2次側直流出力電圧Eoに含まれるスパイク電圧の大きさは、背景技術における電圧Eo1に含まれるスパイク電圧と比較して、1/10以下とできる。したがって、背景技術における2次側平滑コンデンサCo2は不要となる。   In the switching power supply circuit shown as the first embodiment, the primary side is a voltage resonance single-ended converter, the secondary side is a combination of a voltage resonance circuit and a current resonance circuit, and further configured as a step-down converter. The multiple resonance converter is constituted by the side and the secondary side. With this configuration, the magnitude of the voltage ΔEo, which is the ripple voltage of the switching period included in the secondary side DC output voltage Eo, is ½ compared to the ripple voltage included in the voltage Eo1 in the background art. The following can be done. Further, the magnitude of the spike voltage included in the secondary side DC output voltage Eo can be 1/10 or less as compared with the spike voltage included in the voltage Eo1 in the background art. Therefore, the secondary side smoothing capacitor Co2 in the background art becomes unnecessary.

また、チュークコンバータおよびテスラコンバータでは、2次側直流出力電圧の定電圧化はPWM制御としているので、コンバータに入力される直流電圧の値、負荷に供給される負荷電力の大きさに応じて、2次側直流出力電圧に含まれるリップル電圧の大きさが大きなものとなるが、第1実施形態として示すスイッチング電源回路では、PFM制御を用いているので、コンバータに入力される直流電圧の値が変動する場合でも、2次側直流出力電圧に含まれるリップル電圧の大きさは殆ど変化することがなく、また、負荷電力の減少とともに、2次側直流出力電圧に含まれるスパイク電圧の大きさは減少する。   Further, in the Chuuk converter and Tesla converter, the secondary side DC output voltage is made constant by PWM control, so depending on the value of the DC voltage input to the converter and the magnitude of the load power supplied to the load, Although the magnitude of the ripple voltage included in the secondary side DC output voltage is large, since the switching power supply circuit shown as the first embodiment uses PFM control, the value of the DC voltage input to the converter is Even when it fluctuates, the magnitude of the ripple voltage included in the secondary side DC output voltage hardly changes, and as the load power decreases, the magnitude of the spike voltage included in the secondary side DC output voltage is Decrease.

また、テスラコンバータでは、アクテイブクランプ回路として機能させ、同期整流回路として機能させる目的のために、例えば、MOS―FETが3個、一組の高速ダイオードが必要とされ、回路構成が複雑となるが、第1実施形態として示すスイッチング電源回路では、簡単な回路構成でありながら、リップル電圧の値が小さいスイッチング電源回路を構成できる。   In addition, in the Tesla converter, for the purpose of functioning as an active clamp circuit and functioning as a synchronous rectification circuit, for example, three MOS-FETs and a set of high-speed diodes are required, and the circuit configuration becomes complicated. In the switching power supply circuit shown as the first embodiment, a switching power supply circuit having a small ripple voltage value can be configured with a simple circuit configuration.

「第1実施形態の変形例」
第1実施形態のスイッチング電源回路の種々の変形例を以下に示す。図6に示すのは、図1の回路図に示す回路の一部を置き換える回路の回路図の一部である。図6では、コンバータトランスPITの1次巻線N1と2次巻線N2との極性の関係が、図1におけるものとは、異なっている。すなわち、図1においては、1次巻線N1と2次巻線N2との極性の関係は加極性とされたが、図6においては、1次巻線N1と2次巻線N2との極性の関係は減極性とされている。減極性の場合においては、電圧V3と電流I4の各々の位相は、図1に示す回路におけるものに対してスイッチング周期で180度位相が進むものとなる。
"Modification of the first embodiment"
Various modifications of the switching power supply circuit according to the first embodiment will be described below. FIG. 6 shows a part of a circuit diagram of a circuit that replaces a part of the circuit shown in the circuit diagram of FIG. In FIG. 6, the polarity relationship between the primary winding N1 and the secondary winding N2 of the converter transformer PIT is different from that in FIG. That is, in FIG. 1, the polarity relationship between the primary winding N1 and the secondary winding N2 is additive, but in FIG. 6, the polarity between the primary winding N1 and the secondary winding N2 This relationship is depolarized. In the case of depolarization, the phase of each of the voltage V3 and the current I4 is advanced by 180 degrees in the switching cycle with respect to that in the circuit shown in FIG.

図7に示すのは、図1の回路図に示す回路の一部を置き換える別の回路の回路図の一部である。図7では、2次側並列共振コンデンサC3を高速ダイオードDo1に並列に接続するものである。すなわち、2次側並列共振コンデンサC3を2次巻線に直接に並列接続することなく、2次側直列共振コンデンサC4を介して、2次側並列共振コンデンサC3を2次巻線に交流的に並列接続している。この場合には、2次側並列共振コンデンサC3のキャパシタンスの値を0.039μFとし、2次側直列共振コンデンサC4のキャパシタンスの値を0.082μFとしている。このような設定においては、スイッチング周波数fsを変化させて、定電圧制御をするための必要とされるスイッチング周波数fsの変化範囲Δfsは、図1に示す回路に比較して、略1/2とすることができた。   FIG. 7 shows a part of a circuit diagram of another circuit that replaces a part of the circuit shown in the circuit diagram of FIG. In FIG. 7, the secondary parallel resonant capacitor C3 is connected in parallel to the high speed diode Do1. That is, the secondary side parallel resonant capacitor C3 is connected to the secondary winding in an AC manner via the secondary side series resonant capacitor C4 without directly connecting the secondary side parallel resonant capacitor C3 to the secondary winding in parallel. Connected in parallel. In this case, the capacitance value of the secondary side parallel resonance capacitor C3 is 0.039 μF, and the capacitance value of the secondary side series resonance capacitor C4 is 0.082 μF. In such a setting, the change range Δfs of the switching frequency fs required for the constant voltage control by changing the switching frequency fs is approximately 1/2 as compared with the circuit shown in FIG. We were able to.

図8に示すのは、図1の回路図に示す回路のまた別の一部を置き換える回路の回路図の一部である。図8では、2次側並列共振コンデンサC3を高速ダイオードDo1に並列に接続するとともに、1次巻線N1と2次巻線N2との極性の関係は減極性とされている。   FIG. 8 shows a part of a circuit diagram of a circuit that replaces another part of the circuit shown in the circuit diagram of FIG. In FIG. 8, the secondary parallel resonant capacitor C3 is connected in parallel to the high speed diode Do1, and the polarity relationship between the primary winding N1 and the secondary winding N2 is depolarized.

なお、第1実施形態および第1実施形態の変形例として示すスイッチング電源回路では、1次側整流素子Diおよび1次側平滑コンデンサCiから成る全波整流回路を備え、交流電源ACからの電力を直流電力に変換する構成を採用したが、このような全波整流回路を備えることなく、例えば、蓄電池、太陽電池等の直流電力を発生する直流電力供給手段からの直流電力をコンバータトランスPITの1次巻線N1に直接、供給することによっても上述した効果を生じさせることができるものである。   The switching power supply circuit shown as a modification of the first embodiment and the first embodiment includes a full-wave rectifier circuit composed of a primary side rectifying element Di and a primary side smoothing capacitor Ci, and supplies power from the AC power supply AC. Although the configuration for converting to DC power is adopted, DC power from DC power supply means for generating DC power, such as a storage battery or a solar battery, is converted into one of the converter transformer PIT without providing such a full-wave rectifier circuit. The effects described above can also be produced by supplying directly to the next winding N1.

「第2実施形態」
図9に示す第2実施形態のスイッチング電源回路は、1次側の接続態様については、第1実施形態のスイッチング電源回路と同様であり、2次側の接続態様が第1実施形態とは異なるものである。以下、第2実施形態の説明においては、第1実施形態におけると同様の部分については、第1実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
“Second Embodiment”
The switching power supply circuit of the second embodiment shown in FIG. 9 is the same as the switching power supply circuit of the first embodiment with respect to the primary side connection mode, and the secondary side connection mode is different from that of the first embodiment. Is. Hereinafter, in the description of the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

1次側回路は、第1実施形態と同様に、発振・ドライブ回路2によってスイッチング周波数fsが制御されるスイッチング素子Q1と、コンバータトランスPITの1次巻線N1に生じる漏洩インダクタンス成分であるリーケージインダクタL1およびスイッチング素子Q1に並列接続される1次側並列共振コンデンサC1のキャパシタンスによって1次側並列共振周波数fpo1が支配されるようにして形成され、1次側回路の動作を電圧共振形とする1次側並列共振回路を具備している。   As in the first embodiment, the primary side circuit includes a switching element Q1 whose switching frequency fs is controlled by the oscillation / drive circuit 2 and a leakage inductor that is a leakage inductance component generated in the primary winding N1 of the converter transformer PIT. The primary side resonance frequency fpo1 is formed by the capacitance of the primary side parallel resonance capacitor C1 connected in parallel to L1 and the switching element Q1, and the operation of the primary side circuit is a voltage resonance type 1 A secondary parallel resonant circuit is provided.

また、コンバータトランスPITはセンタータップによって各々の巻線が接続される2次巻線N2(第1の2次巻線N2)と2次巻線N2’(第2の2次巻線N2’)とを有して形成されている。この2次巻線N2および2次巻線N2’の各々は、1次巻線N1と疎結合とされており、この結果として、2次側回路は、2次巻線N2に生じるリーケージインダクタL2および2次巻線N2’生じるリーケージインダクタL2’を有するものとなされる。   The converter transformer PIT also includes a secondary winding N2 (first secondary winding N2) and a secondary winding N2 ′ (second secondary winding N2 ′) to which the respective windings are connected by a center tap. Are formed. Each of the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ is loosely coupled to the primary winding N1, and as a result, the secondary side circuit generates a leakage inductor L2 generated in the secondary winding N2. And the secondary winding N2 ′ has a leakage inductor L2 ′ generated.

2次側回路は、上述した、2次巻線N2と2次巻線N2’の直列接続の両端に接続される2次側並列共振コンデンサC3とで2次側並列共振周波数fpo2が支配されるようにして形成される2次側並列共振回路を具備する。ここで、2次側並列共振回路を形成するインダクタンスの値は、リーケージインダクタL2およびリーケージインダクタL2’に加えて、2次巻線N2と2次巻線N2’によって生じる相互インダクタンスが加算されるものとなり、2次巻線N2と2次巻線N2’との接続点がセンタータップとして形成されることによって、2次巻線N2と2次巻線N2’とは加極性接続とされる。すなわち、上述した相互インダクタンスの値は正の値となる。   In the secondary side circuit, the secondary side parallel resonance frequency fpo2 is dominated by the secondary side parallel resonance capacitor C3 connected to both ends of the series connection of the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′. The secondary side parallel resonant circuit formed in this way is provided. Here, the inductance value forming the secondary parallel resonant circuit is obtained by adding the mutual inductance generated by the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ in addition to the leakage inductor L2 and the leakage inductor L2 ′. Thus, the connection point between the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ is formed as a center tap, so that the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ are in a positive polarity connection. That is, the mutual inductance value described above is a positive value.

また、2次側回路は、リーケージインダクタL2(第1のリーケージインダクタ)と2次巻線N2(第1の2次巻線)に直列に接続される2次側直列共振コンデンサC4(第1の2次側直列共振コンデンサ)とで2次側直列共振周波数fso21(第1の2次側直列共振周波数fso21)が支配されるようにして形成される2次側直列共振回路(第1の2次側直列共振回路)を具備し、リーケージインダクタL2’(第2のリーケージインダクタ)と2次巻線N2’(第2の2次巻線)に直列に接続される2次側直列共振コンデンサC4’(第2の2次側直列共振コンデンサ)とで2次側直列共振周波数fso22(第2の2次側直列共振周波数fso22)が支配されるようにして形成される2次側直列共振回路(第2の2次側直列共振回路)を具備する。   The secondary side circuit includes a secondary side series resonant capacitor C4 (first output) connected in series to the leakage inductor L2 (first leakage inductor) and the secondary winding N2 (first secondary winding). The secondary side series resonance circuit (first secondary side resonance capacitor) is formed such that the secondary side series resonance frequency fso21 (first secondary side series resonance frequency fso21) is dominated. Side series resonance circuit), and a secondary side series resonance capacitor C4 ′ connected in series to the leakage inductor L2 ′ (second leakage inductor) and the secondary winding N2 ′ (second secondary winding). The secondary side series resonant circuit (second secondary side series resonant frequency fso22) (second secondary side series resonant frequency fso22) is controlled by the (second secondary side series resonant capacitor). 2 secondary side series resonance Comprising the road).

また、2次側回路は、降圧コンバータ(第2の降圧コンバータ)として機能させるための高速ダイオードDo1(第2のダイオード)とインダクタLo’(第2のインダクタ)と2次側平滑コンデンサCoとを具備し、また、降圧コンバータ(第1の降圧コンバータ)として機能させるための高速ダイオードDo2(第1のダイオード)とインダクタLo(第2のインダクタ)と上述の2次側平滑コンデンサCoとを具備している。ここで、2次側平滑コンデンサCoを2つの降圧コンバータ(第1の降圧コンバータと第2の降圧コンバータ)で共用しているので、各々の降圧コンバータは並列接続されていることと等価な作用をする。   The secondary side circuit includes a high speed diode Do1 (second diode), an inductor Lo ′ (second inductor), and a secondary side smoothing capacitor Co for functioning as a step-down converter (second step-down converter). A high-speed diode Do2 (first diode), an inductor Lo (second inductor), and the above-described secondary-side smoothing capacitor Co for functioning as a step-down converter (first step-down converter). ing. Here, since the secondary side smoothing capacitor Co is shared by the two step-down converters (the first step-down converter and the second step-down converter), the operation equivalent to that the step-down converters are connected in parallel is achieved. To do.

このようにして、第2実施形態のスイッチング電源回路は、1次側は、電圧共振形シングルエンデッドコンバータとして形成され、2次側は、センタータップによって直列接続される2つの2次巻線の両端に電圧共振コンデンサを接続し、各々の2次巻線と直列に電流共振コンデンサを接続して、多重共振形コンバータとして構成されている。また、この多重共振形コンバータは、2次側には、高速ダイオードとインダクタと2次側平滑コンデンサとから構成される2組の降圧形コンバータを有して形成されている。   In this way, the switching power supply circuit according to the second embodiment has a primary side formed as a voltage resonance type single-ended converter, and a secondary side of two secondary windings connected in series by a center tap. A voltage resonance capacitor is connected to both ends, and a current resonance capacitor is connected in series with each secondary winding to constitute a multiple resonance type converter. In addition, this multiple resonance type converter is formed with two sets of step-down converters composed of a high speed diode, an inductor, and a secondary side smoothing capacitor on the secondary side.

1次側回路については、第1実施形態と同様の接続態様を有し、その作用についても同様であるので作用の説明を省略し、具体的な諸定数について説明する。   The primary circuit has the same connection mode as that of the first embodiment, and the operation thereof is also the same. Therefore, description of the operation is omitted, and specific constants will be described.

第2実施形態では、コンバータトランスPITのフェライトコアとしては、EER型コアを用い、EER型コアのコアサイズとしてはEER−40(コアの型番)を用いた。EER型コアの内磁脚のギャップとしては、ギャップ長1.4mmに設定し、これによって1次巻線N1と2次巻線N2との磁気的な結合係数kの値、1次巻線N1と2次巻線N2’との磁気的な結合係数kの値の各々としては、0.7の疎結合の状態を得るようにしている。コンバータトランスPITは、このような構造によって1次巻線N1に所定のリーケージインダクタL1を生じさせ、2次巻線N2に所定のリーケージインダクタL2を生じさせ、2次巻線N2’に所定のリーケージインダクタL2’を生じさせる。   In the second embodiment, an EER type core is used as the ferrite core of the converter transformer PIT, and EER-40 (core model number) is used as the core size of the EER type core. The gap of the inner magnetic leg of the EER type core is set to a gap length of 1.4 mm, thereby the value of the magnetic coupling coefficient k between the primary winding N1 and the secondary winding N2 and the primary winding N1. As a value of the magnetic coupling coefficient k between the second winding N2 ′ and the secondary winding N2 ′, a loosely coupled state of 0.7 is obtained. With such a structure, the converter transformer PIT generates a predetermined leakage inductor L1 in the primary winding N1, a predetermined leakage inductor L2 in the secondary winding N2, and a predetermined leakage in the secondary winding N2 ′. Inductor L2 'is generated.

ここで、1次巻線N1の巻数は45Tとし、リーケージインダクタL1のインダクタンスの値は330μHが得られた。また、1次側並列共振コンデンサC1の容量は8200pFとした。このようにして、図9に示す第2実施形態のスイッチング電源回路の1次側は、1次巻線N1に発生するリーケージインダクタL1と1次側並列共振コンデンサC1とで電圧共振回路が形成される。   Here, the number of turns of the primary winding N1 was 45T, and the inductance value of the leakage inductor L1 was 330 μH. The capacitance of the primary side parallel resonant capacitor C1 was 8200 pF. In this way, on the primary side of the switching power supply circuit of the second embodiment shown in FIG. 9, a voltage resonance circuit is formed by the leakage inductor L1 generated in the primary winding N1 and the primary side parallel resonance capacitor C1. The

第2実施形態のスイッチング電源回路の2次側について説明をする。コンバータトランスPITの2次巻線N2と2次巻線N2’の直列接続回路には、並列に2次側並列共振コンデンサC3が接続され、リーケージインダクタL2とリーケージインダクタL2’と2次巻線N2と2次巻線N2’とに間の相互インダクタと2次側並列共振コンデンサC3とで電圧共振回路が形成される。2次巻線N2の巻き数は30T、2次巻線N2’の巻き数は30Tとされ、リーケージインダクタL2およびリーケージインダクタL2’の各々のインダクタンスの値は270μHを得ている。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0.015μFとしている。   The secondary side of the switching power supply circuit according to the second embodiment will be described. A secondary parallel resonant capacitor C3 is connected in parallel to the series connection circuit of the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ of the converter transformer PIT, and the leakage inductor L2, the leakage inductor L2 ′, and the secondary winding N2 are connected. And the secondary winding N2 ′ form a voltage resonant circuit with the mutual inductor and the secondary side parallel resonant capacitor C3. The number of turns of the secondary winding N2 is 30T, and the number of turns of the secondary winding N2 'is 30T, and the inductance value of each of the leakage inductor L2 and the leakage inductor L2' is 270 μH. The capacitance value of the secondary side parallel resonant capacitor C3 is 0.015 μF.

また、スイッチング電源回路の2次側には、電流共振回路として作用する2次側直列共振回路が2組(第1の2次側直列共振回路、第2の2次側直列共振回路)設けられており、この2次側共振回路は、リーケージインダクタL2のインダクタンスの値と2次側直列共振コンデンサC4のキャパシタンスの値とで2次側直列共振周波数fso21が支配され、リーケージインダクタL2’のインダクタンスの値と2次側直列共振コンデンサC4’のキャパシタンスの値とで2次側直列共振周波数fso22が支配される。リーケージインダクタL2およびリーケージインダクタL2’の各々のインダクタンスの値は、上述したように270μHであり、2次側直列共振コンデンサC4のキャパシタンスおよび2次側直列共振コンデンサC4’の各々のキャパシタンスの値は0.033μFである。   In addition, two sets of secondary side series resonant circuits (first secondary side series resonant circuit, second secondary side series resonant circuit) that function as current resonant circuits are provided on the secondary side of the switching power supply circuit. In this secondary side resonance circuit, the secondary side series resonance frequency fso21 is dominated by the inductance value of the leakage inductor L2 and the capacitance value of the secondary side series resonance capacitor C4, and the inductance of the leakage inductor L2 ′ is controlled. The secondary side series resonance frequency fso22 is governed by the value and the capacitance value of the secondary side series resonance capacitor C4 ′. As described above, the inductance value of each of the leakage inductor L2 and the leakage inductor L2 ′ is 270 μH, and the capacitance value of the secondary side series resonance capacitor C4 and each capacitance value of the secondary side series resonance capacitor C4 ′ are 0. 0.033 μF.

また、スイッチング電源回路の2次側には、高速ダイオードDo1とローパスフィルタ(第2のローパスフィルタ)として機能するインダクタLo‘および2次側平滑コンデンサCoを備え、高速ダイオードDo2とローパスフィルタ(第1のローパスフィルタ)として機能するインダクタLoおよび上述の2次側平滑コンデンサCoを備える。インダクタLoおよびインダクタLo’の各々のインダクタンスの値は、400μHとし、2次側平滑コンデンサCoのキャパシタンスの値は1000μFとした。インダクタLoおよびインダクタLo’の各々は、図2に示すコンバータトランスと同様の構造を有し、巻線としては、1種類の巻線のみがボビンBに巻装されている。フェライトコア材としては、EE−25(コア材の型番)を用い、内磁脚のギャップとしては、ギャップ長0.8mmに設定した。ここで、第1のローパスフィルタおよび第2のローパスフィルタの各々は上述した第1の降圧コンバータおよび第2の降圧コンバータを構成する部材としても機能し、そのローパス特性によって、リップル成分とスパイク成分とを抑制する。また、上述したように、2次側平滑コンデンサCoを第1の降圧コンバータと第2の降圧コンバータとで共用することによって、第1のローパスフィルタの出力と第2のローパスフィルタの出力とを加算する。   The secondary side of the switching power supply circuit includes a high-speed diode Do1, an inductor Lo ′ that functions as a low-pass filter (second low-pass filter), and a secondary-side smoothing capacitor Co. The high-speed diode Do2 and the low-pass filter (first And the secondary smoothing capacitor Co described above. The inductance value of each of the inductor Lo and the inductor Lo ′ was 400 μH, and the capacitance value of the secondary side smoothing capacitor Co was 1000 μF. Each of the inductor Lo and the inductor Lo ′ has the same structure as the converter transformer shown in FIG. 2, and only one type of winding is wound around the bobbin B as the winding. EE-25 (model number of the core material) was used as the ferrite core material, and the gap length of the inner magnetic leg was set to 0.8 mm. Here, each of the first low-pass filter and the second low-pass filter also functions as a member constituting the first step-down converter and the second step-down converter described above. Suppress. Further, as described above, the output of the first low-pass filter and the output of the second low-pass filter are added by sharing the secondary side smoothing capacitor Co between the first step-down converter and the second step-down converter. To do.

上述したような1次側回路と2次側回路とは、コンバータトランスPITを介して磁気的に結合されているが、1次巻線N1と2次巻線N2および2次巻線N2’とのまき方向は加極性となるようにして巻回されている。図9においては、1次巻線N1と2次巻線N2および2次巻線N2’とのまき方向は、各々について、巻端の付近に配した黒丸の印で巻線のまき方向を示している。   The primary side circuit and the secondary side circuit as described above are magnetically coupled via the converter transformer PIT, but the primary winding N1, the secondary winding N2, and the secondary winding N2 ' The winding direction is wound in such a way that it has a positive polarity. In FIG. 9, the winding direction of the primary winding N1, the secondary winding N2, and the secondary winding N2 ′ indicates the winding direction of the winding with a black circle mark arranged near the winding end. ing.

2次巻線N2’に生じる電圧V2(図9を参照)が正であるときには、2次巻線N2から高速ダイオードDo2、2次側直列共振コンデンサC4に対して、電流が流れるとともに、2次巻線N2から2次巻線N2’、2次側並列共振コンデンサC3に電流が流れ、さらに、2次巻線N2’から2次側直列共振コンデンサC4’、インダクタLo’、2次側平滑コンデンサCoに対して矢印(→)で電流方向を示す電流I4(図9を参照)が流れる。   When the voltage V2 (see FIG. 9) generated in the secondary winding N2 ′ is positive, a current flows from the secondary winding N2 to the high-speed diode Do2 and the secondary side series resonance capacitor C4, and the secondary A current flows from the winding N2 to the secondary winding N2 ′ and the secondary parallel resonant capacitor C3, and further from the secondary winding N2 ′ to the secondary series resonant capacitor C4 ′, the inductor Lo ′, and the secondary smoothing capacitor. A current I4 (see FIG. 9) flows in the direction indicated by an arrow (→) with respect to Co.

また、2次巻線N2に生じる電圧V2が負であるときには、2次巻線N2’から高速ダイオードDo1、2次側直列共振コンデンサC4’に対して、矢印(→)で電流方向を示す電流I3(図9を参照)が流れるとともに、2次巻線N2’から2次巻線N2、2次側並列共振コンデンサC3に電流が流れ、さらに、2次巻線N2から2次側直列共振コンデンサC4、インダクタLo、2次側平滑コンデンサCoに対して電流が流れる。   Further, when the voltage V2 generated in the secondary winding N2 is negative, the current indicating the current direction with an arrow (→) from the secondary winding N2 ′ to the high-speed diode Do1 and the secondary side series resonant capacitor C4 ′. As I3 (see FIG. 9) flows, current flows from the secondary winding N2 ′ to the secondary winding N2 and the secondary side parallel resonant capacitor C3, and further from the secondary winding N2 to the secondary side series resonant capacitor. Current flows through C4, inductor Lo, and secondary smoothing capacitor Co.

ここで、インダクタLoおよびインダクタLo’の各々のインダクタンスの値をリーケージインダクタL2およびリーケージインダクタL2’の各々のインダクタンスの値よりも大きく選定すると、インダクタLoおよびインダクタLo’に流れる電流の波形を電流連続モードの正弦波形状とすることができる。このような電流波形とすることによって、2次側平滑コンデンサCoの両端の2次側直流出力電圧Eoに生じるリップル電圧である電圧ΔEoの大きさを減少させることができる。また、このような電流波形とすることによって、高速ダイオードDo1および高速ダイオードDo2の逆回復時間(trr)の影響によって生じるスパイク電圧の値も大幅に減少させることができる。   Here, if the inductance value of each of the inductor Lo and the inductor Lo ′ is selected to be larger than the inductance value of each of the leakage inductor L2 and the leakage inductor L2 ′, the waveform of the current flowing through the inductor Lo and the inductor Lo ′ is made current continuous. The mode can be a sine wave shape. By setting it as such a current waveform, the magnitude | size of voltage (DELTA) Eo which is a ripple voltage which arises in the secondary side DC output voltage Eo of the both ends of the secondary side smoothing capacitor Co can be reduced. Further, by using such a current waveform, the value of the spike voltage caused by the influence of the reverse recovery time (trr) of the high speed diode Do1 and the high speed diode Do2 can be greatly reduced.

図10、図11は、図9に示した電源回路の各部の動作波形を示している。これらの図において、図10では、最大の負荷電力である負荷電力Po=300Wにおける動作波形を示し、図11では、無負荷の電力である負荷電力Po=0Wにおける動作波形を示している。なお、これらの図では、交流入力電圧VAC=100Vとした場合の実験結果を示している。   10 and 11 show operation waveforms of each part of the power supply circuit shown in FIG. In these drawings, FIG. 10 shows an operation waveform at a load power Po = 300 W, which is the maximum load power, and FIG. 11 shows an operation waveform at a load power Po = 0 W, which is no-load power. In these figures, experimental results in the case where the AC input voltage VAC = 100 V are shown.

これら図10、図11において、電圧V1(図9を参照)は、スイッチング素子Q1の両端電圧であり、電圧V1が0レベルとなる期間には、図示するスイッチング素子Q1の電流IQ1(図9を参照)が流れる。また、電流I1(図9を参照)は、1次巻線N1を流れる共振電流である。   10 and 11, the voltage V1 (see FIG. 9) is the voltage across the switching element Q1, and during the period when the voltage V1 is at the 0 level, the current IQ1 (shown in FIG. 9) of the switching element Q1 shown in the figure. Flow). The current I1 (see FIG. 9) is a resonance current that flows through the primary winding N1.

1次巻線N1に共振電流が流れることにより、コンバータトランスPITの2次巻線N2には、図示する電圧V2(図9を参照)が励起される。このような交流の電圧V2が得られることで、上述した経路で電流I2(図9を参照)、電流I3(図9を参照)、電流I4(図9を参照)の各々が流れ、電圧V3(図9を参照)が発生し、2次側直流出力電圧Eoとして175Vの直流電圧が得られる。電圧ΔEoは、2次側直流出力電圧Eoのリップル電圧を示すものである。電圧V3は、ピーク値として680Vが得られており、高速ダイオードDo1とインダクタLo’と2次側平滑コンデンサCoおよび高速ダイオードDo2とインダクタLoと2次側平滑コンデンサCoの各々が、降圧コンバータの構成部品として機能して、2次側直流出力電圧Eoとして175Vが得られていることが分かる。なお、第2実施形態のスイッチング電源回路では、交流電源ACが出力する交流入力電圧VACの範囲は85Vから144Vの範囲とした。   When the resonance current flows through the primary winding N1, the illustrated voltage V2 (see FIG. 9) is excited in the secondary winding N2 of the converter transformer PIT. By obtaining such an alternating voltage V2, current I2 (see FIG. 9), current I3 (see FIG. 9), and current I4 (see FIG. 9) flow through the above-described path, and voltage V3 (See FIG. 9) occurs, and a DC voltage of 175 V is obtained as the secondary side DC output voltage Eo. The voltage ΔEo indicates the ripple voltage of the secondary side DC output voltage Eo. The voltage V3 has a peak value of 680 V, and each of the high speed diode Do1, the inductor Lo ′, the secondary side smoothing capacitor Co, and the high speed diode Do2, the inductor Lo, and the secondary side smoothing capacitor Co is configured as a step-down converter. It can be seen that 175 V is obtained as the secondary side DC output voltage Eo functioning as a component. In the switching power supply circuit of the second embodiment, the range of the AC input voltage VAC output from the AC power supply AC is in the range of 85V to 144V.

図12は、図9に示す第2実施形態のスイッチング電源回路の、負荷電力Poを横軸にして、負荷電力Poの値が0Wから300Wまでの範囲における、スイッチング周波数fs、電力変換効率ηAC→DC、スイッチング素子Q1のドレインとソースとがオン(導通)となる期間である期間TON、スイッチング素子Q1のドレインとソースとがオフ(切断)となる期間である期間TOFFの各々を示している。   FIG. 12 shows the switching frequency fs and power conversion efficiency ηAC in the range of the load power Po from 0 W to 300 W with the load power Po as the horizontal axis of the switching power supply circuit of the second embodiment shown in FIG. DC, a period TON in which the drain and source of the switching element Q1 are turned on (conducted), and a period TOFF in which the drain and source of the switching element Q1 are turned off (disconnected) are shown.

図10ないし図12に示す、実験結果から得られた事実から以下のことが分かる。図10と図31とに示す各々の回路におけるリップル電圧の値を比較する。図31に示す回路においては、フィルタ回路を簡単なものとする場合には、図32に示す電圧Eo1から見て取れるように0.5V程度であるが、図9に示す回路においては、図10に示す電圧ΔEoから見て取れるように、0.05V程度の小さなものとなっている。またスパイク電圧の大きさは、図32に示す電圧Eo1から見て取れるように2.5V程度であるが、図10に示す電圧ΔEoから見て取れるように0.15V程度の小さなものとなっている。このことは、図31に示すようなパイ型(π型)のフィルタを用いなくても、良好なるリップル特性とスパイク特性とが得られることを示し、第2実施形態のフィルタは、部品点数が少なく、良好なる特性を呈することを示している。   The following can be understood from the facts obtained from the experimental results shown in FIGS. The value of the ripple voltage in each circuit shown in FIG. 10 and FIG. 31 is compared. In the circuit shown in FIG. 31, when the filter circuit is simplified, the voltage is about 0.5 V as seen from the voltage Eo1 shown in FIG. 32. However, in the circuit shown in FIG. As can be seen from the voltage ΔEo, it is as small as about 0.05V. The magnitude of the spike voltage is about 2.5V as seen from the voltage Eo1 shown in FIG. 32, but is as small as about 0.15V as seen from the voltage ΔEo shown in FIG. This indicates that good ripple characteristics and spike characteristics can be obtained without using a pi-type (π-type) filter as shown in FIG. 31, and the filter of the second embodiment has a smaller number of parts. It shows little and exhibits good characteristics.

第2実施形態として示すスイッチング電源回路では、1次側は、電圧共振シングルエンデッドコンバータ、2次側は、電圧共振回路と第1の電流共振回路および第2の電流共振回路とを組み合わせ、さらに、降圧形コンバータとして構成し、1次側と2次側とで、多重共振コンバータを構成している。このように構成することによって、2次側直流出力電圧Eoに含まれるスイッチング周期のリップル電圧である電圧ΔEoの大きさは、背景技術における電圧Eo1に含まれるリップル電圧と比較して、1/50以下とできる。また、2次側直流出力電圧Eoに含まれるスパイク電圧の大きさは、背景技術における電圧Eo1に含まれるスパイク電圧と比較して、1/15以下とできる。したがって、背景技術における2次側平滑コンデンサCo2は不要となる。   In the switching power supply circuit shown as the second embodiment, the primary side is a voltage resonance single-ended converter, the secondary side is a combination of a voltage resonance circuit, a first current resonance circuit, and a second current resonance circuit. As a step-down converter, the primary side and the secondary side form a multiple resonance converter. With this configuration, the magnitude of the voltage ΔEo that is the ripple voltage of the switching period included in the secondary side DC output voltage Eo is 1/50 compared with the ripple voltage included in the voltage Eo1 in the background art. The following can be done. In addition, the magnitude of the spike voltage included in the secondary side DC output voltage Eo can be 1/15 or less compared to the spike voltage included in the voltage Eo1 in the background art. Therefore, the secondary side smoothing capacitor Co2 in the background art becomes unnecessary.

また、チュークコンバータおよびテスラコンバータでは、2次側直流出力電圧の定電圧化はPWM制御としているので、コンバータに入力される直流電圧の値、負荷に供給される負荷電力の大きさに応じて、2次側直流出力電圧に含まれるリップル電圧の大きさが大きなものとなるが、第2実施形態として示すスイッチング電源回路では、PFM制御を用いているので、コンバータに入力される直流電圧の値が変動する場合でも、2次側直流出力電圧に含まれるリップル電圧の大きさは殆ど変化することがなく、また、負荷電力の減少とともに、2次側直流出力電圧に含まれるスパイク電圧の大きさは減少する。   Further, in the Chuuk converter and Tesla converter, the secondary side DC output voltage is made constant by PWM control, so depending on the value of the DC voltage input to the converter and the magnitude of the load power supplied to the load, Although the magnitude of the ripple voltage included in the secondary side DC output voltage is large, since the switching power supply circuit shown as the second embodiment uses PFM control, the value of the DC voltage input to the converter is Even when it fluctuates, the magnitude of the ripple voltage included in the secondary side DC output voltage hardly changes, and as the load power decreases, the magnitude of the spike voltage included in the secondary side DC output voltage is Decrease.

また、テスラコンバータでは、アクテイブクランプ回路として機能させ、同期整流回路として機能させる目的のために、例えば、MOS―FETが3個、一組の高速ダイオードが必要とされ、回路構成が複雑となるが、第2実施形態として示すスイッチング電源回路では、簡単な回路構成でありながら、リップル電圧の値が小さいスイッチング電源回路を構成できる。   In addition, in the Tesla converter, for the purpose of functioning as an active clamp circuit and functioning as a synchronous rectification circuit, for example, three MOS-FETs and a set of high-speed diodes are required, and the circuit configuration becomes complicated. In the switching power supply circuit shown as the second embodiment, a switching power supply circuit having a small ripple voltage value can be configured with a simple circuit configuration.

また、負荷電力が300Wから0Wの範囲で変化する場合において、定電圧特性を維持するのに必要とされるスイッチング周波数fsの変化範囲Δfsの値は、33kHz(キロ・ヘルツ)と小さなものとできる。このことは、スイッチング周波数fsの可変範囲に制限がある汎用ICを用いて、発振・ドライブ回路を構成する場合に有利なものとなる。   Further, when the load power changes in the range of 300 W to 0 W, the value of the change range Δfs of the switching frequency fs required to maintain the constant voltage characteristic can be as small as 33 kHz (kilohertz). . This is advantageous when an oscillation / drive circuit is configured using a general-purpose IC having a limited variable range of the switching frequency fs.

「第2実施形態の変形例」
第2実施形態のスイッチング電源回路の種々の変形例を以下に示す。図13に示すのは、図9の回路図に示す回路の一部を置き換える回路の回路図の一部である。図13では、2次側並列共振コンデンサC3、2次側直列共振コンデンサC4および2次側直列共振コンデンサC4’の接続態様が、図9におけるものとは、異なっている。すなわち、図13においては、2次巻線N2に2次側直列共振コンデンサC4の一端を接続し、2次巻線N2’に2次側直列共振コンデンサC4’の一端を接続し、2次側直列共振コンデンサC4の他端と2次側直列共振コンデンサC4’の他端との間に2次側並列共振コンデンサC3を接続するようにしている。すなわち、2次側並列共振コンデンサC3は、2次側直列共振コンデンサC4および2次側直列共振コンデンサC4’を介して交流的に2次巻線N2と2次巻線N2’に並列に接続されている。
“Modification of Second Embodiment”
Various modifications of the switching power supply circuit according to the second embodiment will be described below. FIG. 13 shows a part of a circuit diagram of a circuit that replaces a part of the circuit shown in the circuit diagram of FIG. In FIG. 13, the connection mode of the secondary side parallel resonant capacitor C3, the secondary side series resonant capacitor C4, and the secondary side series resonant capacitor C4 ′ is different from that in FIG. That is, in FIG. 13, one end of the secondary side series resonance capacitor C4 is connected to the secondary winding N2, and one end of the secondary side series resonance capacitor C4 'is connected to the secondary winding N2'. A secondary parallel resonant capacitor C3 is connected between the other end of the series resonant capacitor C4 and the other end of the secondary side series resonant capacitor C4 ′. That is, the secondary side parallel resonant capacitor C3 is connected in parallel to the secondary winding N2 and the secondary winding N2 ′ in an alternating manner via the secondary side series resonant capacitor C4 and the secondary side series resonant capacitor C4 ′. ing.

図14に示すのは、図9の回路図に示す回路の一部を置き換える別の回路の回路図の一部である。図14では、インダクタLoとインダクタLo’と個別の部品として構成することなく、複合チョークコイルとして同一コアに巻線Noと巻線No’とを施し、巻線Noと巻線No’とを磁気的に疎結合としてインダクタLoおよびインダクタLo’として機能させるものである。   FIG. 14 shows a part of a circuit diagram of another circuit that replaces a part of the circuit shown in the circuit diagram of FIG. In FIG. 14, the winding No and the winding No ′ are applied to the same core as the composite choke coil without configuring the inductor Lo and the inductor Lo ′ as separate parts, and the winding No and the winding No ′ are magnetized. Thus, it functions as an inductor Lo and an inductor Lo ′ as loose coupling.

なお、第2実施形態および第2実施形態の変形例として示すスイッチング電源回路では、1次側整流素子Diおよび1次側平滑コンデンサCiから成る全波整流回路を備え、交流電源ACからの電力を直流電力に変換する構成を採用したが、このような全波整流回路を備えることなく、例えば、蓄電池、太陽電池等の直流電力を発生する直流電力供給手段からの直流電力をコンバータトランスPITの1次巻線N1に直接、供給することによっても上述した効果を生じさせることができるものである。   Note that the switching power supply circuit shown as a modification of the second embodiment and the second embodiment includes a full-wave rectifier circuit including a primary side rectifier element Di and a primary side smoothing capacitor Ci, and uses the power from the AC power supply AC. Although the configuration for converting to DC power is adopted, DC power from DC power supply means for generating DC power, such as a storage battery or a solar battery, is converted into one of the converter transformer PIT without providing such a full-wave rectifier circuit. The effects described above can also be produced by supplying directly to the next winding N1.

「第3実施形態」
図15に示す第3実施形態のスイッチング電源回路は、1次側の接続態様については、第1実施形態のスイッチング電源回路と同様であり、2次側の接続態様が第1実施形態とは異なるものである。以下、第3実施形態の説明においては、第1実施形態におけると同様の部分については、第1実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
“Third Embodiment”
The switching power supply circuit of the third embodiment shown in FIG. 15 is the same as the switching power supply circuit of the first embodiment with respect to the primary side connection mode, and the secondary side connection mode is different from that of the first embodiment. Is. Hereinafter, in the description of the third embodiment, portions similar to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof is omitted.

1次側回路は、第1実施形態と同様に、発振・ドライブ回路2によってスイッチング周波数fsが制御されるスイッチング素子Q1と、コンバータトランスPITの1次巻線N1に生じる漏洩インダクタンス成分であるリーケージインダクタL1およびスイッチング素子Q1に並列接続される1次側並列共振コンデンサC1のキャパシタンスによって1次側並列共振周波数fpo1が支配されるようにして形成され、1次側回路の動作を電圧共振形とする1次側並列共振回路を具備している。   As in the first embodiment, the primary side circuit includes a switching element Q1 whose switching frequency fs is controlled by the oscillation / drive circuit 2 and a leakage inductor that is a leakage inductance component generated in the primary winding N1 of the converter transformer PIT. The primary side resonance frequency fpo1 is formed by the capacitance of the primary side parallel resonance capacitor C1 connected in parallel to L1 and the switching element Q1, and the operation of the primary side circuit is a voltage resonance type 1 A secondary parallel resonant circuit is provided.

以上の構成においては、1次巻線N1と2次巻線N2とのまき方向の関係が、第1実施形態では加極性であったが、第3実施形態では1次巻線N1と2次巻線N2とのまき方向の関係が、減極性となる関係とされている点が異なるものである。   In the above configuration, the winding direction relationship between the primary winding N1 and the secondary winding N2 is additive in the first embodiment, but in the third embodiment, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are secondary. The difference is that the winding direction relationship with the winding N2 is depolarized.

また、2次側回路は、リーケージインダクタL2と2次巻線N2に直列に接続される2次側直列共振コンデンサC4とで2次側直列共振周波数fso2が支配されるようにして形成される2次側直列共振回路を具備する。また、2次側回路は、降圧コンバータとして機能させるための高速ダイオードDo1とインダクタLoと2次側平滑コンデンサCoとを具備している。   The secondary side circuit is formed so that the secondary side series resonance frequency fso2 is dominated by the leakage inductor L2 and the secondary side series resonance capacitor C4 connected in series to the secondary winding N2. A secondary series resonant circuit is provided. Further, the secondary side circuit includes a high speed diode Do1, an inductor Lo, and a secondary side smoothing capacitor Co for functioning as a step-down converter.

また、第1実施形態では、2次側並列共振コンデンサC3を備えるが、第3実施形態では、2次側並列共振コンデンサC3に替えてスナバー回路が用いられる。スナバー回路はコンデンサCsと抵抗Rsとの直列接続回路によって構成されている。   In the first embodiment, the secondary parallel resonant capacitor C3 is provided. In the third embodiment, a snubber circuit is used instead of the secondary parallel resonant capacitor C3. The snubber circuit is configured by a series connection circuit of a capacitor Cs and a resistor Rs.

また、2次側回路は、降圧コンバータとして機能させるための高速ダイオードDo1とインダクタLoと2次側平滑コンデンサCoとを具備している。   Further, the secondary side circuit includes a high speed diode Do1, an inductor Lo, and a secondary side smoothing capacitor Co for functioning as a step-down converter.

このようにして、第3実施形態のスイッチング電源回路は、1次側は、電圧共振形シングルエンデッドコンバータとして形成され、2次巻線と直列に電流共振コンデンサを接続して、多重共振形コンバータとして構成されている。また、この多重共振形コンバータは、2次側には、高速ダイオードとインダクタと2次側平滑コンデンサとから構成される降圧形コンバータを有して形成されている。   In this way, the switching power supply circuit according to the third embodiment is formed as a voltage resonance type single-ended converter on the primary side, and a current resonance capacitor is connected in series with the secondary winding to thereby provide a multiple resonance type converter. It is configured as. The multiple resonance type converter is formed with a step-down converter including a high speed diode, an inductor, and a secondary side smoothing capacitor on the secondary side.

1次側回路については、第1実施形態と同様の接続態様を有し、その作用についても同様であるので作用の説明を省略し、具体的な諸定数について説明する。   The primary circuit has the same connection mode as that of the first embodiment, and the operation thereof is also the same. Therefore, description of the operation is omitted, and specific constants will be described.

第3実施形態では、コンバータトランスPITのフェライトコアとしては、EER型コアを用い、EER型コアのコアサイズとしてはEER−40(コアの型番)を用いた。EER型コアの内磁脚のギャップとしては、ギャップ長1.4mmに設定し、これによって1次巻線N1と2次巻線N2との磁気的な結合係数kの値としては、0.7の疎結合の状態を得るようにしている。コンバータトランスPITは、このような構造によって1次巻線N1に所定のリーケージインダクタL1を生じさせ、2次巻線N2に所定のリーケージインダクタL2を生じさせる。   In the third embodiment, an EER type core is used as the ferrite core of the converter transformer PIT, and EER-40 (core model number) is used as the core size of the EER type core. The gap between the inner magnetic legs of the EER type core is set to a gap length of 1.4 mm. As a result, the value of the magnetic coupling coefficient k between the primary winding N1 and the secondary winding N2 is 0.7. To get a loosely coupled state. With this structure, the converter transformer PIT generates a predetermined leakage inductor L1 in the primary winding N1 and a predetermined leakage inductor L2 in the secondary winding N2.

ここで、1次巻線N1の巻数は45Tとし、リーケージインダクタL1のインダクタンスの値は330μHが得られた。また、1次側並列共振コンデンサC1の容量は6800pFとした。このようにして、図15に示す第3実施形態のスイッチング電源回路の1次側は、1次巻線N1に発生するリーケージインダクタL1と1次側並列共振コンデンサC1とで電圧共振回路が形成される。   Here, the number of turns of the primary winding N1 was 45T, and the inductance value of the leakage inductor L1 was 330 μH. The capacitance of the primary side parallel resonant capacitor C1 was 6800 pF. In this way, on the primary side of the switching power supply circuit of the third embodiment shown in FIG. 15, a voltage resonance circuit is formed by the leakage inductor L1 generated in the primary winding N1 and the primary side parallel resonance capacitor C1. The

第3実施形態のスイッチング電源回路の2次側について説明をする。コンバータトランスPITの2次巻線N2には、並列にスナバー回路が接続され、2次側回路に生じるスパイク電圧を吸収するようになされている。2次巻線N2の巻き数は60Tとされ、リーケージインダクタL2のインダクタンスの値は540μHを得ている。スナバー回路に用いるコンデンサCsのキャパシタンスの値は220pFとし、スナバー回路に用いる抵抗Rsの値は1kΩ(キロ・オーム)としている。   The secondary side of the switching power supply circuit according to the third embodiment will be described. A snubber circuit is connected in parallel to the secondary winding N2 of the converter transformer PIT so as to absorb a spike voltage generated in the secondary side circuit. The number of turns of the secondary winding N2 is 60T, and the inductance value of the leakage inductor L2 is 540 μH. The capacitance value of the capacitor Cs used in the snubber circuit is 220 pF, and the resistance value Rs used in the snubber circuit is 1 kΩ (kiloohm).

また、電流共振回路として作用する2次側直列共振回路は、リーケージインダクタL2のインダクタンスの値と2次側直列共振コンデンサC4のキャパシタンスの値とで2次側直列共振周波数fso2が支配されるようにして形成される。リーケージインダクタL2のインダクタンスの値は、上述したように540μHであり、2次側直列共振コンデンサC4のキャパシタンスの値は0.012μFである。   Further, the secondary side series resonance circuit acting as a current resonance circuit is configured such that the secondary side series resonance frequency fso2 is dominated by the inductance value of the leakage inductor L2 and the capacitance value of the secondary side series resonance capacitor C4. Formed. As described above, the inductance value of the leakage inductor L2 is 540 μH, and the capacitance value of the secondary side series resonance capacitor C4 is 0.012 μF.

また、スイッチング電源回路の2次側には、高速ダイオードDo1とローパスフィルタとして機能するインダクタLoおよび2次側平滑コンデンサCoを備えている。インダクタLoのインダクタンスの値は、585μHとし、2次側平滑コンデンサCoのキャパシタンスの値は1000μFとした。インダクタLoは、図2に示すコンバータトランスと同様の構造を有し、巻線としては、1種類の巻線のみがボビンBに巻装されている。フェライトコア材としては、EE−25(コア材の型番)を用い、内磁脚のギャップとしては、ギャップ長0.8mmに設定した。   The secondary side of the switching power supply circuit includes a high-speed diode Do1, an inductor Lo that functions as a low-pass filter, and a secondary-side smoothing capacitor Co. The inductance value of the inductor Lo was 585 μH, and the capacitance value of the secondary side smoothing capacitor Co was 1000 μF. The inductor Lo has the same structure as the converter transformer shown in FIG. 2, and only one type of winding is wound around the bobbin B as the winding. EE-25 (model number of the core material) was used as the ferrite core material, and the gap length of the inner magnetic leg was set to 0.8 mm.

2次巻線N2に生じる電圧V2(図15を参照)が正であるときには、2次巻線N2から2次側直列共振コンデンサC4、インダクタLo、2次側平滑コンデンサCoに対して矢印(→)で電流方向を示す電流I4(図15を参照)が流れる。   When the voltage V2 (see FIG. 15) generated in the secondary winding N2 is positive, the arrow (→) from the secondary winding N2 to the secondary side series resonant capacitor C4, the inductor Lo, and the secondary side smoothing capacitor Co. ) Flows a current I4 (see FIG. 15) indicating the current direction.

また、2次巻線N2に生じる電圧V2が負であるときには、2次巻線N2から高速ダイオードDo1、2次側直列共振コンデンサC4に対して、矢印(→)で電流方向を示す電流I5(図15を参照)が流れるとともに、インダクタLoから2次側平滑コンデンサCo、高速ダイオードDo1に対して電流が流れる。   When the voltage V2 generated in the secondary winding N2 is negative, a current I5 (indicated by an arrow (→)) indicates a current direction from the secondary winding N2 to the high-speed diode Do1 and the secondary series resonance capacitor C4. 15) flows, and current flows from the inductor Lo to the secondary smoothing capacitor Co and the high-speed diode Do1.

ここで、スナバー回路に流れる電流である電流I3(図15を参照)について説明する。電流I3の大きさは、電圧V2の正負に関わらず、上述した各部の電流の大きさに較べて小さなものである。このようなスナバー回路を採用することによって、高速ダイオードDo1の逆回復時間(trr)の影響によって生じるスパイク電圧の発生を防止することができる。   Here, the current I3 (see FIG. 15), which is the current flowing through the snubber circuit, will be described. The magnitude of the current I3 is smaller than the magnitude of the current in each part described above, regardless of whether the voltage V2 is positive or negative. By adopting such a snubber circuit, it is possible to prevent a spike voltage from being generated due to the influence of the reverse recovery time (trr) of the high-speed diode Do1.

また、インダクタLoのインダクタンスの値をリーケージインダクタL2のインダクタンスの値よりも大きく選定すると、インダクタLoに流れる電流の波形を電流連続モードの正弦波形状とすることができる。このような電流波形とすることによって、2次側平滑コンデンサCoの両端の2次側直流出力電圧Eoに生じるリップル電圧である電圧ΔEoの大きさを減少させることができる。   Further, when the inductance value of the inductor Lo is selected to be larger than the inductance value of the leakage inductor L2, the waveform of the current flowing through the inductor Lo can be made into a sine wave shape of a continuous current mode. By setting it as such a current waveform, the magnitude | size of voltage (DELTA) Eo which is a ripple voltage which arises in the secondary side DC output voltage Eo of the both ends of the secondary side smoothing capacitor Co can be reduced.

図16、図17は、図15に示した電源回路の各部の動作波形を示している。これらの図において、図16では、最大の負荷電力である負荷電力Po=250Wにおける動作波形を示し、図17では、無負荷の電力である負荷電力Po=0Wにおける動作波形を示している。なお、これらの図では、交流入力電圧VAC=100Vとした場合の実験結果を示している。   16 and 17 show operation waveforms of each part of the power supply circuit shown in FIG. In these figures, FIG. 16 shows an operation waveform at a load power Po = 250 W, which is the maximum load power, and FIG. 17 shows an operation waveform at a load power Po = 0 W, which is no-load power. In these figures, experimental results in the case where the AC input voltage VAC = 100 V are shown.

これら図16、図17において、電圧V1(図15を参照)は、スイッチング素子Q1の両端電圧であり、電圧V1が0レベルとなる期間には、図示するスイッチング素子Q1の電流IQ1(図15を参照)が流れる。また、電流I1(図15を参照)は、1次巻線N1を流れる共振電流である。   16 and 17, the voltage V1 (see FIG. 15) is the voltage across the switching element Q1, and during the period when the voltage V1 is at the 0 level, the current IQ1 (shown in FIG. 15) of the switching element Q1 shown in the figure. Flow). The current I1 (see FIG. 15) is a resonance current that flows through the primary winding N1.

1次巻線N1に共振電流が流れることにより、コンバータトランスPITの2次巻線N2には、図示する電圧V2(図15を参照)が励起される。このような交流の電圧V2が得られることで、上述した経路で電流I2(図15を参照)、電流I3(図15を参照)、電流I4(図15を参照)、電流I5(図15を参照)の各々が流れ、電圧V3(図15を参照)が発生し、2次側直流出力電圧Eoとして175Vの直流電圧が得られる。電圧ΔEoは、2次側直流出力電圧Eoのリップル電圧を示すものである。電圧V3は、ピーク値として700Vが得られており、高速ダイオードDo1とインダクタLoと2次側平滑コンデンサCoとが、降圧コンバータの構成部品として機能して、2次側直流出力電圧Eoとして175Vが得られていることが分かる。なお、第3実施形態のスイッチング電源回路では、交流電源ACが出力する交流入力電圧VACの範囲は85Vから144Vの範囲とした。   When the resonance current flows through the primary winding N1, the illustrated voltage V2 (see FIG. 15) is excited in the secondary winding N2 of the converter transformer PIT. By obtaining such an alternating voltage V2, current I2 (see FIG. 15), current I3 (see FIG. 15), current I4 (see FIG. 15), current I5 (see FIG. 15) through the above-described path. Each of which flows, and a voltage V3 (see FIG. 15) is generated, and a DC voltage of 175 V is obtained as the secondary side DC output voltage Eo. The voltage ΔEo indicates the ripple voltage of the secondary side DC output voltage Eo. The voltage V3 has a peak value of 700V, and the high speed diode Do1, the inductor Lo, and the secondary side smoothing capacitor Co function as components of the step-down converter, and the secondary side DC output voltage Eo is 175V. You can see that it is obtained. In the switching power supply circuit of the third embodiment, the range of the AC input voltage VAC output from the AC power supply AC is in the range of 85V to 144V.

図18は、図15に示す第3実施形態のスイッチング電源回路の、負荷電力Poを横軸にして、負荷電力Poの値が0Wから250Wまでの範囲における、スイッチング周波数fs、電力変換効率ηAC→DC、スイッチング素子Q1のドレインとソースとがオン(導通)となる期間である期間TON、スイッチング素子Q1のドレインとソースとがオフ(切断)となる期間である期間TOFFの各々を示している。   FIG. 18 shows the switching frequency fs and power conversion efficiency ηAC in the range of the load power Po from 0 W to 250 W with the load power Po as the horizontal axis of the switching power supply circuit of the third embodiment shown in FIG. DC, a period TON in which the drain and source of the switching element Q1 are turned on (conducted), and a period TOFF in which the drain and source of the switching element Q1 are turned off (disconnected) are shown.

図16ないし図18に示す、実験結果から得られた事実から以下のことが分かる。図15と図31とに示す各々の回路におけるリップル電圧の値を比較する。図31に示す回路においては、フィルタ回路を簡単なものとする場合には、図32に示す電圧Eo1から見て取れるように0.5V程度であるが、図15に示す回路においては、図16に示す電圧ΔEoから見て取れるように0.1V程度の小さなものとなっている。またスパイク電圧の大きさは、図32に示す電圧Eo1から見て取れるように2.5Vであるが、図15に示す回路では、コンデンサCsと抵抗Rsで形成されるスナバー回路の作用によって、図16に示す電圧ΔEoから見て取れるように消滅している。このことは、図31に示すようなパイ型(π型)のフィルタを用いなくても、良好なるリップル特性とスパイク特性とが得られることを示し、第3実施形態のフィルタは、部品点数が少なく、良好なる特性を呈することを示している。   The following can be understood from the facts obtained from the experimental results shown in FIGS. The value of the ripple voltage in each circuit shown in FIG. 15 and FIG. 31 is compared. In the circuit shown in FIG. 31, when the filter circuit is simplified, it is about 0.5 V as seen from the voltage Eo1 shown in FIG. 32, but in the circuit shown in FIG. 15, the circuit shown in FIG. As can be seen from the voltage ΔEo, the voltage is as small as about 0.1V. The magnitude of the spike voltage is 2.5 V as can be seen from the voltage Eo1 shown in FIG. 32. However, in the circuit shown in FIG. 15, the snubber circuit formed by the capacitor Cs and the resistor Rs causes the FIG. It disappears as can be seen from the indicated voltage ΔEo. This indicates that good ripple characteristics and spike characteristics can be obtained without using a pi-type (π-type) filter as shown in FIG. 31. The filter of the third embodiment has a smaller number of parts. It shows little and exhibits good characteristics.

第3実施形態として示すスイッチング電源回路では、1次側は、電圧共振シングルエンデッドコンバータ、2次側は、スナバー回路と電流共振回路とを組み合わせ、さらに、降圧形コンバータとして構成し、1次側と2次側とで、多重共振コンバータを構成している。このように構成することによって、2次側直流出力電圧Eoに含まれるスイッチング周期のリップル電圧である電圧ΔEoの大きさは、背景技術における電圧Eo1に含まれるリップル電圧と比較して、1/5以下とできる。また、2次側直流出力電圧Eoに含まれるスパイク電圧を消滅させることができる。したがって、背景技術における2次側平滑コンデンサCo2は不要となる。   In the switching power supply circuit shown as the third embodiment, the primary side is a voltage resonance single-ended converter, the secondary side is a combination of a snubber circuit and a current resonance circuit, and is further configured as a step-down converter. And the secondary side constitute a multiple resonance converter. With this configuration, the magnitude of the voltage ΔEo, which is the ripple voltage of the switching period included in the secondary side DC output voltage Eo, is 1/5 compared with the ripple voltage included in the voltage Eo1 in the background art. The following can be done. Further, the spike voltage included in the secondary side DC output voltage Eo can be eliminated. Therefore, the secondary side smoothing capacitor Co2 in the background art becomes unnecessary.

また、チュークコンバータおよびテスラコンバータでは、2次側直流出力電圧の定電圧化はPWM制御としているので、コンバータに入力される直流電圧の値、負荷に供給される負荷電力の大きさに応じて、2次側直流出力電圧に含まれるリップル電圧の大きさが大きなものとなるが、第3実施形態として示すスイッチング電源回路では、PFM制御を用いているので、コンバータに入力される直流電圧の値が変動する場合でも、2次側直流出力電圧に含まれるリップル電圧の大きさは殆ど変化することがなく、また、負荷電力の減少とともに、2次側直流出力電圧に含まれるスパイク電圧の大きさは減少する。   Further, in the Chuuk converter and Tesla converter, the secondary side DC output voltage is made constant by PWM control, so depending on the value of the DC voltage input to the converter and the magnitude of the load power supplied to the load, Although the magnitude of the ripple voltage included in the secondary side DC output voltage is large, since the switching power supply circuit shown as the third embodiment uses PFM control, the value of the DC voltage input to the converter is Even when it fluctuates, the magnitude of the ripple voltage included in the secondary side DC output voltage hardly changes, and as the load power decreases, the magnitude of the spike voltage included in the secondary side DC output voltage is Decrease.

また、テスラコンバータでは、アクテイブクランプ回路として機能させ、同期整流回路として機能させる目的のために、例えば、MOS―FETが3個、一組の高速ダイオードが必要とされ、回路構成が複雑となるが、第3実施形態の変形例として示すスイッチング電源回路では、簡単な回路構成でありながら、リップル電圧の値が小さいスイッチング電源回路を構成できる。   In addition, in the Tesla converter, for the purpose of functioning as an active clamp circuit and functioning as a synchronous rectification circuit, for example, three MOS-FETs and a set of high-speed diodes are required, and the circuit configuration becomes complicated. In the switching power supply circuit shown as a modified example of the third embodiment, a switching power supply circuit having a small ripple voltage value can be configured with a simple circuit configuration.

また、負荷電力が250Wから0Wの範囲で変化する場合において、定電圧特性を維持するのに必要とされるスイッチング周波数fsの変化範囲Δfsの値は、7kHz(キロ・ヘルツ)と小さなものとできる。このことは、スイッチング周波数fsの可変範囲に制限がある汎用ICを用いて、発振・ドライブ回路を構成する場合に有利なものとなる。   Further, when the load power changes in the range of 250 W to 0 W, the value of the change range Δfs of the switching frequency fs required to maintain the constant voltage characteristic can be as small as 7 kHz (kilohertz). . This is advantageous when an oscillation / drive circuit is configured using a general-purpose IC having a limited variable range of the switching frequency fs.

「第3実施形態の変形例」
第3実施形態のスイッチング電源回路の種々の変形例を以下に示す。図19に示すのは、図15の回路図に示す回路の一部を置き換える回路の回路図の一部である。図15においては、コンバータトランスPITの1次巻線N1と2次巻線N2とのまき方向の関係が減極性とされたが、図19では、コンバータトランスPITの1次巻線N1と2次巻線N2とのまき方向の関係が加極性とされている。この場合には、電圧V3と電流I4は、図15の回路図に示す回路におけるものと較べて180度位相が進む。
“Modification of Third Embodiment”
Various modifications of the switching power supply circuit according to the third embodiment will be described below. FIG. 19 shows a part of a circuit diagram of a circuit that replaces a part of the circuit shown in the circuit diagram of FIG. In FIG. 15, the winding direction relationship between the primary winding N1 and the secondary winding N2 of the converter transformer PIT is depolarized, but in FIG. 19, the primary winding N1 and the secondary winding of the converter transformer PIT The relationship of the winding direction with the winding N2 is the additive polarity. In this case, the voltage V3 and the current I4 are advanced in phase by 180 degrees compared to those in the circuit shown in the circuit diagram of FIG.

図20に示すのは、図15の回路図に示す回路の一部を置き換える別の回路の回路図の一部である。図20では、コンバータトランスPITの1次巻線N1と2次巻線N2とのまき方向の関係が加極性とされ、さらに、コンデンサCsと抵抗Rsで形成されるスナバー回路が高速ダイオードDo1と並列に接続されている。すなわち、コンデンサCsと抵抗Rsで形成されるスナバー回路は、2次巻線N2に直接に並列に接続するのみならず、2次側直列共振コンデンサC4を介して交流的に2次巻線N2に接続する場合においてもスパイク除去の効果を有するものである。   FIG. 20 shows a part of a circuit diagram of another circuit that replaces a part of the circuit shown in the circuit diagram of FIG. In FIG. 20, the relationship in the winding direction between the primary winding N1 and the secondary winding N2 of the converter transformer PIT is set as a polarity, and a snubber circuit formed by a capacitor Cs and a resistor Rs is in parallel with the high-speed diode Do1. It is connected to the. In other words, the snubber circuit formed by the capacitor Cs and the resistor Rs is not only directly connected in parallel to the secondary winding N2, but also in an alternating manner to the secondary winding N2 via the secondary side series resonance capacitor C4. Even in the case of connection, it has an effect of removing spikes.

図21に示すのは、図15の回路図に示す回路の一部を置き換えるさらに別の回路の回路図の一部である。図21では、コンバータトランスPITの1次巻線N1と2次巻線N2とのまき方向の関係が加極性とされ、さらに、2次巻線N2’が追加されている。2次巻線N2と2次巻線N2’との接続点は、センタータップとなるように、2次巻線N2と2次巻線N2’とのまき方向が定められている。2次巻線N2には2次側直列共振コンデンサC4の一方の端子が接続され、2次巻線N2’には2次側直列共振コンデンサC4’ の一方の端子が接続されている。また、2次側直列共振コンデンサC4の他方の端子とセンタータップとの間には高速ダイオードDo2が接続され、2次側直列共振コンデンサC4’の他方の端子とセンタータップとの間には高速ダイオードDo1が接続されている。そして、コンデンサCsと抵抗Rsで形成されるスナバー回路が高速ダイオードDo1と高速ダイオードDo2との直列回路に並列に接続されている。   FIG. 21 shows a part of a circuit diagram of another circuit that replaces a part of the circuit shown in the circuit diagram of FIG. In FIG. 21, the relationship in the winding direction between the primary winding N1 and the secondary winding N2 of the converter transformer PIT is set as a positive polarity, and a secondary winding N2 'is further added. The winding direction of the secondary winding N2 and the secondary winding N2 'is determined so that the connection point between the secondary winding N2 and the secondary winding N2' is a center tap. One terminal of the secondary side series resonance capacitor C4 is connected to the secondary winding N2, and one terminal of the secondary side series resonance capacitor C4 'is connected to the secondary winding N2'. A high speed diode Do2 is connected between the other terminal of the secondary side series resonant capacitor C4 and the center tap, and a high speed diode is connected between the other terminal of the secondary side series resonant capacitor C4 ′ and the center tap. Do1 is connected. A snubber circuit formed of a capacitor Cs and a resistor Rs is connected in parallel to a series circuit of a high speed diode Do1 and a high speed diode Do2.

なお、第3実施形態および第3実施形態の変形例として示すスイッチング電源回路では、1次側整流素子Diおよび1次側平滑コンデンサCiから成る全波整流回路を備え、交流電源ACからの電力を直流電力に変換する構成を採用したが、このような全波整流回路を備えることなく、例えば、蓄電池、太陽電池等の直流電力を発生する直流電力供給手段からの直流電力をコンバータトランスPITの1次巻線N1に直接、供給することによっても上述した効果を生じさせることができるものである。   Note that the switching power supply circuit shown as a modification of the third embodiment and the third embodiment includes a full-wave rectifier circuit including a primary side rectifier element Di and a primary side smoothing capacitor Ci, and uses the power from the AC power supply AC. Although the configuration for converting to DC power is adopted, DC power from DC power supply means for generating DC power, such as a storage battery or a solar battery, is converted into one of the converter transformer PIT without providing such a full-wave rectifier circuit. The effects described above can also be produced by supplying directly to the next winding N1.

また、本発明としては、上記各実施形態として示した構成に限定されるものではない。例えば、メインスイッチング素子(および補助スイッチング素子)については、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transisitor)、バイポーラトランジスタなど、MOSFET以外の素子を選定することも考えられる。   Further, the present invention is not limited to the configurations shown as the above embodiments. For example, regarding the main switching element (and auxiliary switching element), it is also conceivable to select an element other than the MOSFET, such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a bipolar transistor.

第1実施形態のスイッチング電源回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the switching power supply circuit of 1st Embodiment. 実施形態の電源回路に用いられるコンバータトランスの断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing of the converter transformer used for the power supply circuit of embodiment. 第1実施形態の電源回路の各部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation waveform of each part of the power supply circuit of 1st Embodiment. 第1実施形態の電源回路の各部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation waveform of each part of the power supply circuit of 1st Embodiment. 第1実施形態のスイッチング電源回路の負荷電力に対するスイッチング周波数、オン期間、オフ期間、電力変換効率を示す図である。It is a figure which shows the switching frequency with respect to the load power of the switching power supply circuit of 1st Embodiment, an ON period, an OFF period, and power conversion efficiency. 第1実施形態の変形例としての2次側回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the secondary side circuit as a modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の変形例としての2次側回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the secondary side circuit as a modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の変形例としての2次側回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the secondary side circuit as a modification of 1st Embodiment. 第2実施形態のスイッチング電源回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the switching power supply circuit of 2nd Embodiment. 第2実施形態の電源回路の各部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of each part of the power supply circuit of 2nd Embodiment. 第2実施形態の電源回路の各部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of each part of the power supply circuit of 2nd Embodiment. 第2実施形態のスイッチング電源回路の負荷電力に対するスイッチング周波数、オン期間、オフ期間、電力変換効率を示す図である。It is a figure which shows the switching frequency with respect to the load power of the switching power supply circuit of 2nd Embodiment, an ON period, an OFF period, and power conversion efficiency. 第2実施形態の変形例としての2次側回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the secondary side circuit as a modification of 2nd Embodiment. 第2実施形態の変形例としての2次側回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the secondary side circuit as a modification of 2nd Embodiment. 第3実施形態のスイッチング電源回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the switching power supply circuit of 3rd Embodiment. 第3実施形態の電源回路の各部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation waveform of each part of the power supply circuit of 3rd Embodiment. 第3実施形態の電源回路の各部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation waveform of each part of the power supply circuit of 3rd Embodiment. 第3実施形態のスイッチング電源回路の負荷電力に対するスイッチング周波数、オン期間、オフ期間、電力変換効率を示す図である。It is a figure which shows the switching frequency with respect to the load power of the switching power supply circuit of 3rd Embodiment, an ON period, an OFF period, and power conversion efficiency. 第3実施形態の変形例としての2次側回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the secondary side circuit as a modification of 3rd Embodiment. 第3実施形態の変形例としての2次側回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the secondary side circuit as a modification of 3rd Embodiment. 第3実施形態の変形例としての2次側回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the secondary side circuit as a modification of 3rd Embodiment. 背景技術のチュークコンバータを示す図である。It is a figure which shows the Chuk converter of background art. 背景技術の昇圧コンバータを示す図である。It is a figure which shows the step-up converter of background art. 背景技術の降圧コンバータを示す図である。It is a figure which shows the step-down converter of background art. 背景技術のチュークコンバータの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the Chuuk converter of background art. 背景技術のチュークコンバータの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the Chuuk converter of background art. 背景技術のチュークコンバータの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the Chuuk converter of background art. 背景技術のチュークコンバータの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the Chuuk converter of background art. 背景技術のスイッチング電源回路のスイッチング周期における1次側の電流を示す図である。It is a figure which shows the primary side electric current in the switching period 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2次側の電流を示す図である。It is a figure which shows the electric current of the secondary side of the switching power supply circuit of background art. 背景技術の別のスイッチング電源回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of another switching power supply circuit of background art. 背景技術の別のスイッチング電源回路の各部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of each part of another switching power supply circuit of background art.

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 2次側直列共振コンデンサ、Ci 1次側平滑コンデンサ、CL フィルタコンデンサ、CMC コモンモードチョークコイル、Co、Co1、Co2 2次側平滑コンデンサ、CR1、CR2 コア、Cs コンデンサ、DD1 ボディダイオード、Di 1次側整流素子、Do1、Do2 高速ダイオード、Eo 2次側直流出力電圧、L1、L2 リーケージインダクタ、Lo、Lo’ インダクタ、N1 1次巻線、N2、N2’ 2次巻線、PIT コンバータトランス、Q1 スイッチング素子、R 負荷、Rs 抵抗、VAC 交流入力電圧   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control circuit, 2 Oscillation drive circuit, AC alternating current power supply, B bobbin, C1 primary side parallel resonance capacitor, C2 primary side series resonance capacitor, C3 secondary side parallel resonance capacitor, C4 secondary side series resonance capacitor, Ci Primary side smoothing capacitor, CL filter capacitor, CMC common mode choke coil, Co, Co1, Co2 Secondary side smoothing capacitor, CR1, CR2 core, Cs capacitor, DD1 body diode, Di primary side rectifier, Do1, Do2 High speed Diode, Eo secondary side DC output voltage, L1, L2 leakage inductor, Lo, Lo ′ inductor, N1 primary winding, N2, N2 ′ secondary winding, PIT converter transformer, Q1 switching element, R load, Rs resistance VAC AC input voltage

Claims (4)

直流電力を入力して交流電力を発生する1次側回路と、
前記交流電力を2次側回路に伝送するための1次巻線および2次巻線がコアに巻装され、前記1次巻線と前記2次巻線とが磁気的に疎結合とされて形成されるコンバータトランスと、
前記2次側回路から負荷に供給される2次側直流出力電圧が定電圧となるように1次側回路を制御する定電圧制御手段と、を備えるスイッチング電源回路であって、
前記1次側回路は、
前記定電圧制御手段によってスイッチング周波数が制御されるスイッチング素子と、
前記コンバータトランスの1次巻線に生じる漏洩インダクタンス成分と、前記スイッチング素子に並列接続される1次側並列共振コンデンサのキャパシタンスとで1次側並列共振周波数が支配されるようにして形成される1次側並列共振回路と、を具備し、
前記2次側回路は、
前記コンバータトランスの2次巻線に生じる漏洩インダクタンス成分と、前記2次巻線に直接または交流的に並列接続される2次側並列共振コンデンサのキャパシタンスとで2次側並列共振周波数が支配されるようにして形成される2次側並列共振回路と、
前記コンバータトランスの2次巻線に生じる漏洩インダクタンス成分と、前記2次巻線に直接または交流的に直列接続される2次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとで2次側直列共振周波数が支配されるようにして形成される2次側直列共振回路と、
前記2次巻線に得られる交流電力を整流する2次側直流出力電圧生成手段と、を具備し、
前記2次側直流出力電圧生成手段は、
前記2次側直列共振コンデンサと前記2次巻線との直列接続回路に並列に接続されるダイオードと、前記ダイオードに一端が接続されるインダクタと、前記インダクタの他端に接続される2次側平滑コンデンサと、を有して、前記2次巻線に生ずる電圧を降圧するように形成されることを特徴とするスイッチング電源回路。
A primary circuit for generating AC power by inputting DC power;
A primary winding and a secondary winding for transmitting the AC power to the secondary circuit are wound around a core, and the primary winding and the secondary winding are magnetically loosely coupled. A converter transformer to be formed;
Constant voltage control means for controlling the primary side circuit so that the secondary side DC output voltage supplied from the secondary side circuit to the load becomes a constant voltage, and a switching power supply circuit comprising:
The primary circuit is
A switching element whose switching frequency is controlled by the constant voltage control means;
1 formed such that the primary side parallel resonance frequency is governed by the leakage inductance component generated in the primary winding of the converter transformer and the capacitance of the primary side parallel resonance capacitor connected in parallel to the switching element. A secondary parallel resonant circuit,
The secondary circuit is
The secondary parallel resonant frequency is governed by the leakage inductance component generated in the secondary winding of the converter transformer and the capacitance of the secondary parallel resonant capacitor connected directly or in parallel to the secondary winding. A secondary side parallel resonant circuit formed as described above,
The secondary side series resonant frequency is governed by the leakage inductance component generated in the secondary winding of the converter transformer and the capacitance of the secondary side series resonant capacitor connected in series directly or AC to the secondary winding. A secondary side series resonant circuit formed as described above,
Secondary side DC output voltage generating means for rectifying AC power obtained in the secondary winding,
The secondary side DC output voltage generating means includes:
A diode connected in parallel to a series connection circuit of the secondary side series resonant capacitor and the secondary winding, an inductor having one end connected to the diode, and a secondary side connected to the other end of the inductor A switching power supply circuit comprising a smoothing capacitor and configured to step down a voltage generated in the secondary winding.
直流電力を入力して交流電力を発生する1次側回路と、
前記交流電力を2次側回路に伝送するための1次巻線および2次巻線がコアに巻装され、前記1次巻線と前記2次巻線とが磁気的に疎結合とされて形成されるコンバータトランスと、
前記2次側回路から負荷に供給される2次側直流出力電圧が定電圧となるように1次側回路を制御する定電圧制御手段と、を備えるスイッチング電源回路であって、
前記1次側回路は、
前記定電圧制御手段によってスイッチング周波数が制御されるスイッチング素子と、
前記コンバータトランスの1次巻線に生じる漏洩インダクタンス成分と、前記スイッチング素子に並列接続される1次側並列共振コンデンサのキャパシタンスとで1次側並列共振周波数が支配されるようにして形成される1次側並列共振回路と、を具備し、
前記2次側回路は、
前記コンバータトランスの2次巻線に生じる漏洩インダクタンス成分と、前記2次巻線に直接または交流的に直列接続される2次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとで2次側直列共振周波数が支配されるようにして形成される2次側直列共振回路と、
前記2次巻線に直接または交流的に並列接続されるコンデンサと抵抗の直列接続回路として形成されるスナバー回路と、
前記2次巻線に得られる交流電力を整流する2次側直流出力電圧生成手段と、を具備し、
前記2次側直流出力電圧生成手段は、
前記2次側直列共振コンデンサと前記2次巻線との直列接続回路に並列に接続されるダイオードと、前記ダイオードに一端が接続されるインダクタと、前記インダクタの他端に接続される2次側平滑コンデンサと、を有して、前記2次巻線に生ずる電圧を降圧するように形成されることを特徴とするスイッチング電源回路。
A primary circuit for generating AC power by inputting DC power;
A primary winding and a secondary winding for transmitting the AC power to the secondary circuit are wound around a core, and the primary winding and the secondary winding are magnetically loosely coupled. A converter transformer to be formed;
Constant voltage control means for controlling the primary side circuit so that the secondary side DC output voltage supplied from the secondary side circuit to the load becomes a constant voltage, and a switching power supply circuit comprising:
The primary circuit is
A switching element whose switching frequency is controlled by the constant voltage control means;
1 formed such that the primary side parallel resonance frequency is governed by the leakage inductance component generated in the primary winding of the converter transformer and the capacitance of the primary side parallel resonance capacitor connected in parallel to the switching element. A secondary parallel resonant circuit,
The secondary circuit is
The secondary side series resonant frequency is governed by the leakage inductance component generated in the secondary winding of the converter transformer and the capacitance of the secondary side series resonant capacitor connected in series directly or AC to the secondary winding. A secondary side series resonant circuit formed as described above,
A snubber circuit formed as a series connection circuit of a capacitor and a resistor connected in parallel directly or alternatingly to the secondary winding;
Secondary side DC output voltage generating means for rectifying AC power obtained in the secondary winding,
The secondary side DC output voltage generating means includes:
A diode connected in parallel to a series connection circuit of the secondary side series resonant capacitor and the secondary winding, an inductor having one end connected to the diode, and a secondary side connected to the other end of the inductor A switching power supply circuit comprising a smoothing capacitor and configured to step down a voltage generated in the secondary winding.
前記コンバータトランスは、センタータップによって各々の巻線が接続される第1の2次巻線と第2の2次巻線とを有して形成され、
前記2次側並列共振コンデンサは、前記第1の2次巻線および前記第2の2次巻線の巻端の両端に直接または交流的に並列に接続され、
前記2次側直列共振回路は、
前記第1の2次巻線に直列に接続される第1の2次側直列共振コンデンサとで形成される第1の2次側直列共振回路と、前記第2の2次巻線に直列に接続される第2の2次側直列共振コンデンサとで形成される第2の2次側直列共振回路と、を有して構成され、
前記2次側直流出力電圧生成手段は、
前記第1の2次側直列共振コンデンサと前記第1の2次巻線との直列接続回路に並列に接続される第1のダイオードと、前記第1のダイオードに一端が接続される第1のインダクタと、前記第1のインダクタの他端に接続される前記2次側平滑コンデンサと、
前記第2の2次側直列共振コンデンサと前記第2の2次巻線との直列接続回路に並列に接続される第2のダイオードと、前記第2のダイオードに一端が接続される第2のインダクタと、前記第2のインダクタの他端に接続される前記2次側平滑コンデンサと、を有して、前記2次巻線に生ずる電圧を降圧するように形成されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The converter transformer is formed having a first secondary winding and a second secondary winding, each winding being connected by a center tap,
The secondary parallel resonant capacitor is connected directly or in parallel in parallel to both ends of the winding ends of the first secondary winding and the second secondary winding,
The secondary side series resonant circuit is:
A first secondary side series resonant circuit formed by a first secondary side series resonant capacitor connected in series with the first secondary winding; and in series with the second secondary winding. A second secondary side series resonant circuit formed by a second secondary side series resonant capacitor connected thereto,
The secondary side DC output voltage generating means includes:
A first diode connected in parallel to a series connection circuit of the first secondary side series resonant capacitor and the first secondary winding; and a first diode having one end connected to the first diode. An inductor, and the secondary smoothing capacitor connected to the other end of the first inductor;
A second diode connected in parallel to a series connection circuit of the second secondary side series resonant capacitor and the second secondary winding; and a second diode having one end connected to the second diode. It has an inductor and the secondary side smoothing capacitor connected to the other end of the second inductor, and is formed so as to step down a voltage generated in the secondary winding. Item 4. The switching power supply circuit according to Item 1.
前記2次側並列共振コンデンサは、前記2次巻線に接続された前記2次側直列共振コンデンサを介して前記2次巻線と交流的に並列接続されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスイッチング電源回路。   2. The secondary side parallel resonant capacitor is connected in parallel with the secondary winding in an AC manner through the secondary side series resonant capacitor connected to the secondary winding. The switching power supply circuit according to claim 2.
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JP2017153350A (en) * 2016-02-26 2017-08-31 パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド Reduction of audible noise in power converter
CN110149055A (en) * 2019-07-05 2019-08-20 亚瑞源科技(深圳)有限公司 A kind of resonance converter

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160054071A (en) * 2014-11-05 2016-05-16 현대자동차주식회사 DC-DC converter circuit
KR101683994B1 (en) 2014-11-05 2016-12-08 현대자동차주식회사 DC-DC converter circuit
JP2017153350A (en) * 2016-02-26 2017-08-31 パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド Reduction of audible noise in power converter
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