JP2009100640A - Switching power supply unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve significant simplification of circuitry and cost reduction in a low loss, low noise switching power supply consisting of a voltage feedback, self-excitation complex resonance type series converter used for driving a switching element with a voltage induced in an auxiliary winding. <P>SOLUTION: Control circuits Cont1 and Cont2 performing ON/OFF drive of switching elements Q1 and Q2 from induced voltages of auxiliary windings L13 and L12 are constituted of a switch element SW1 for turning the elements Q1 and Q2 OFF, peak hold circuits (D5, C4) for holding the peaks of the induced voltages, and a comparator Comp for turning the switch element SW1 ON when the induced voltage drops below a hold voltage by a predetermined level or more. Consequently, suitable switching conditions can be achieved with a simple constitution, and significant simplification of circuitry and cost reduction can be achieved as compared with other excitation system while maintaining original features of low loss and low noise. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、入力電源側と絶縁された直流安定化電圧・電流を出力するスイッチング電源装置に関し、特にスイッチング素子の損失低減、および小型・低コスト化を図るものに関する。   The present invention relates to a switching power supply device that outputs a DC stabilized voltage / current that is insulated from an input power supply side, and more particularly, to a device that achieves a reduction in switching element loss and a reduction in size and cost.

従来、上述のような小型高効率のスイッチング電源として、複合共振型の直列コンバータ回路が知られ、特許文献1など多くの公知技術が示されている。図10にその従来技術による主回路構成を、図11に主な部位の波形を示す。   Conventionally, a composite resonance type series converter circuit is known as a small-sized and high-efficiency switching power supply as described above, and many known techniques such as Patent Document 1 are shown. FIG. 10 shows a main circuit configuration according to the prior art, and FIG. 11 shows waveforms of main parts.

このスイッチング電源装置では、直流入力電源Eの両端子間に、スイッチング素子Q1とQ2(以下、パワーMOSFETで記述)との直列回路が接続されるとともに、コンデンサC0が接続される。そして、前記パワーMOSFETQ1,Q2の接続点と前記直流入力電源Eの一端との間に、インダクタLと出力トランスTの1次巻線L11とコンデンサC1との直列共振回路を形成し、前記パワーMOSFETQ1またはQ2の何れかと並列にコンデンサC2が接続される(図10では、直流入力電源Eの一端は低圧側に、コンデンサC2はパワーMOSFETQ2に並列に接続した例を示している)。また、パワーMOSFETQ1,Q2には、それぞれ逆並列にダイオードD1,D2が接続される(パワーMOSFETQ1,Q2のボデイダイオードで兼用される場合が多い)。   In this switching power supply device, a series circuit of switching elements Q1 and Q2 (hereinafter referred to as power MOSFET) is connected between both terminals of the DC input power supply E, and a capacitor C0 is connected. A series resonant circuit of an inductor L, a primary winding L11 of the output transformer T, and a capacitor C1 is formed between the connection point of the power MOSFETs Q1 and Q2 and one end of the DC input power supply E, and the power MOSFET Q1 Alternatively, a capacitor C2 is connected in parallel with either Q2 (in FIG. 10, one end of the DC input power supply E is connected to the low voltage side, and the capacitor C2 is connected in parallel to the power MOSFET Q2). Also, diodes D1 and D2 are connected in antiparallel to power MOSFETs Q1 and Q2, respectively (in many cases, they are also used as body diodes for power MOSFETs Q1 and Q2).

さらに前記出力トランスTの出力巻線に中間タップを設けて2分割(L21,L22)し、それらの出力を整流するダイオードD3,D4で全波整流回路を形成し、前記中間タップとの間に平滑コンデンサC3および直流負荷Loadが接続される。前記のパワーMOSFETQ1,Q2は、ブロックで示した制御部1によって、複合共振条件を加味して予め設定された周波数で交互にON/OFFされる。したがって、制御部1には、高周波発振機能、2つのパワーMOSFETQ1,Q2を交互に駆動する機能、および2つのパワーMOSFETQ1,Q2を共にOFFするデットタイム期間を設定する機能、必要に応じて入出力電圧や電流、電力を制御する為のフィードフォワードやフィードバック制御機能ならびに出力可変機能などが備えられる。   Further, an intermediate tap is provided in the output winding of the output transformer T and divided into two (L21, L22), and a full-wave rectifier circuit is formed by diodes D3 and D4 that rectify their outputs, and between the intermediate taps. A smoothing capacitor C3 and a DC load Load are connected. The power MOSFETs Q1 and Q2 are alternately turned ON / OFF at a preset frequency in consideration of the complex resonance condition by the control unit 1 shown as a block. Therefore, the control unit 1 has a high-frequency oscillation function, a function of alternately driving the two power MOSFETs Q1 and Q2, and a function of setting a dead time period for turning off the two power MOSFETs Q1 and Q2. A feedforward, feedback control function and output variable function for controlling voltage, current, and power are provided.

図11を参照して、Vg1,Vg2は制御部1によって予め設定されたパワーMOSFETQ1,Q2の駆動信号を示す。交互にON/OFFさせるとともに、両方共にOFFするデットタイム期間が設定されている。VQ1,IQ1およびVQ2,IQ2は、パワーMOSFETQ1,Q2のドレイン−ソース間電圧およびドレイン電流を示す。駆動信号Vg1がHighの時、パワーMOSFETQ1にはドレイン電流IQ1が流れ、Lowの時は略直流入力電源Eに等しい電圧VQ1が印加される(パワーMOSFETQ2の場合も同様)。なお、デットタイム期間においては、コンデンサC2とインダクタLおよび出力トランスTの励磁インダクタンスとによる効果から、ドレイン−ソース間電圧VQ1,VQ2は任意の傾斜を持った立上がり、立下り波形となる。また、ドレイン電流IQ1,IQ2は、略インダクタLとコンデンサC1とで設定される直列共振電流波形となり、これらの合成電流がインダクタLと出力トランスTの1次巻線L11とコンデンサC1との直列共振回路の電流となる。VC1はコンデンサC1の電圧波形を表しており、前記の直列共振回路の電流より位相の遅れた波形となる。ID3,ID4は出力整流のダイオードD3,D4の電流波形を示すもので、前記のパワーMOSFETQ1,Q2の駆動周波数と、インダクタLおよびコンデンサC1の直列共振周波数との関係を、「共振周波数>駆動周波数」の条件を満足させることによって、ダイオードD3,D4の一方の電流が流れ終わった後に他方の電流が流れ始めるように設定が可能で、両方のダイオード電流が流れない期間は出力側へ電力が伝達されない。すなわち、前記ダイオードD3,D4の電流が流れない期間では、出力トランスTの2次側は無負荷と考えられ、1次側の直列共振回路にトランスTの1次側励磁インダクタンスLが直列に挿入されて直列共振条件が切り替わる結果、ドレイン電流IQ1およびIQ2の波形にも変曲点が見られる。   Referring to FIG. 11, Vg1 and Vg2 indicate drive signals for power MOSFETs Q1 and Q2 set in advance by control unit 1. A dead time period in which both are turned ON / OFF alternately and both are turned OFF is set. VQ1, IQ1 and VQ2, IQ2 indicate the drain-source voltage and drain current of the power MOSFETs Q1, Q2. When the drive signal Vg1 is High, the drain current IQ1 flows through the power MOSFET Q1, and when it is Low, the voltage VQ1 substantially equal to the DC input power source E is applied (the same applies to the power MOSFET Q2). In the dead time period, the drain-source voltages VQ1 and VQ2 have rising and falling waveforms with an arbitrary slope due to the effect of the capacitor C2, the inductor L, and the excitation inductance of the output transformer T. The drain currents IQ1 and IQ2 have a series resonance current waveform set approximately by the inductor L and the capacitor C1, and these combined currents are the series resonance of the inductor L, the primary winding L11 of the output transformer T, and the capacitor C1. It becomes the current of the circuit. VC1 represents a voltage waveform of the capacitor C1, and has a waveform delayed in phase from the current of the series resonance circuit. ID3 and ID4 indicate current waveforms of the output rectifier diodes D3 and D4. The relationship between the drive frequency of the power MOSFETs Q1 and Q2 and the series resonance frequency of the inductor L and the capacitor C1 is expressed as “resonance frequency> drive frequency. By satisfying this condition, it is possible to set the current of one of the diodes D3 and D4 to flow and then the other current starts to flow. During the period when both diode currents do not flow, power is transmitted to the output side. Not. That is, during the period when the currents of the diodes D3 and D4 do not flow, the secondary side of the output transformer T is considered to be unloaded, and the primary side exciting inductance L of the transformer T is inserted in series into the primary side series resonance circuit. As a result of the switching of the series resonance condition, inflection points are also found in the waveforms of the drain currents IQ1 and IQ2.

このような複合共振型直列コンバータでは、ZVS(ゼロ電圧スイッチング)、すなわちスイッチング素子Q1,Q2の印加電圧が低下した後に電流が流れ始めるような条件設定が可能とされ、スイッチング損失が極めて少ないこと、および2次側整流ダイオードD3,D4のリカバリ損失を回避できることから、高効率で高周波化が可能となる。また、スイッチング時の電圧・電流波形が安定しているとともに、2次側整流ダイオードD3,D4のリンギングも抑制できることから、雑音面でも優れている。   In such a complex resonance type series converter, ZVS (zero voltage switching), that is, a condition setting such that a current starts to flow after the applied voltage of the switching elements Q1 and Q2 is reduced is possible, and switching loss is extremely small. Since the recovery loss of the secondary side rectifier diodes D3 and D4 can be avoided, high frequency can be achieved with high efficiency. Further, since the voltage / current waveform at the time of switching is stable and the ringing of the secondary side rectifier diodes D3 and D4 can be suppressed, the noise is also excellent.

上述の従来技術は、このような数々の特徴を有しながらも、周波数を予め発振器で設定し、2つのスイッチング素子Q1,Q2を駆動する所謂他励式のスイッチング電源装置であり、その場合、高電位側のスイッチング素子Q1,Q2へのレベルシフタが必要で、その周波数追従性や損失の観点から、高周波化に対する技術課題を有し、またコスト面での課題などから、たとえば特許文献2〜4で示すような自励式の検討もなされている。   The above-described prior art is a so-called separately-excited switching power supply that drives the two switching elements Q1 and Q2 by setting the frequency in advance with an oscillator while having such various features. A level shifter is required for the potential side switching elements Q1 and Q2. From the viewpoint of frequency followability and loss, there is a technical problem with high frequency, and from a cost viewpoint, for example, Patent Documents 2 to 4 Self-excited studies are also being conducted as shown.

図12は、電流帰還型の自励式複合共振直列コンバータの公知例を示す電気回路図であり、前記特許文献2に示されたものである。主回路構成は概ね図10と同様であるが、入力電源は商用電源を全波整流にて用いるとともに、出力トランスT02の2次側は整流ブリッジDBによる全波整流回路としている。スイッチング素子TR1,TR2はバイポーラトランジスタで構成し、その駆動は電流帰還トランスT01の2次巻線LB1およびLB2を利用し、逆バイアス手段によるデットタイムの確保や駆動条件の改善がなされている。   FIG. 12 is an electric circuit diagram showing a known example of a current feedback type self-excited composite resonance series converter, which is shown in Patent Document 2. Although the main circuit configuration is substantially the same as that in FIG. 10, a commercial power supply is used for full-wave rectification as an input power supply, and the secondary side of the output transformer T02 is a full-wave rectification circuit using a rectification bridge DB. The switching elements TR1 and TR2 are composed of bipolar transistors, and the driving is performed using the secondary windings LB1 and LB2 of the current feedback transformer T01, and the dead time is secured by the reverse bias means and the driving conditions are improved.

一方、図13は、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの公知例を示す電気回路図であり、前記特許文献3に示されたものである。スイッチング素子であるバイポーラトランジスタTR1,TR2への帰還信号を出力トランスPITに帰還巻線NB2を設けて得るものとし、負荷変動対策や出力安定化の為のフィードバック制御を付加している。   On the other hand, FIG. 13 is an electric circuit diagram showing a known example of a voltage feedback type self-excited composite resonance series converter, which is shown in Patent Document 3. A feedback signal to the bipolar transistors TR1 and TR2 as switching elements is obtained by providing a feedback winding NB2 in the output transformer PIT, and feedback control for load variation countermeasures and output stabilization is added.

これら図12および図13で示す自励式複合共振直列コンバータの従来例は、駆動回路の簡易化の可能性を示唆するものであるが、図10を基に説明した他励式複合共振直列コンバータの数々の特徴を同様に実現するのは、下記の点から難しいと考えられる。先ず、駆動周波数を決定するのは帰還回路の時定数や遅延要素であり、負荷変動など外部要因の変動に対して、前記ZVSなど最適なスイッチング条件の維持が難しいと思われる。次に、スイッチング素子としてバイポーラトランジスタが想定され、高周波化には適しないと思われる。   These conventional examples of the self-excited composite resonant series converter shown in FIGS. 12 and 13 suggest the possibility of simplifying the drive circuit. However, the number of separately excited composite resonant series converters described with reference to FIG. It is thought that it is difficult to realize the same feature from the following points. First, it is the time constant and delay element of the feedback circuit that determines the driving frequency, and it seems difficult to maintain the optimum switching conditions such as ZVS against fluctuations in external factors such as load fluctuations. Next, a bipolar transistor is assumed as a switching element, which is not suitable for high frequency operation.

そこで、図14はパワーMOSFETを用いた電圧帰還型の自励他励式複合共振直列コンバータの公知例を示すブロック図であり、前記特許文献4に示されたものである。この従来技術では、スイッチング素子としてパワーMOSFETQ1,Q2を使用し、出力トランスT’の補助巻線L12から主制御回路4および副制御回路5の電源を確保するとともに、この巻線電圧を信号源として、負荷Loadへの供給電圧が一定になるように主制御回路4は低圧側のパワーMOSFETQ2のON/OFFを制御し、副制御回路5は高圧側のパワーMOSFETQ1の端子間電圧が基準電圧より低下したときにONさせ、該高圧側パワーMOSFETQ1のZVSを維持するものである。
特許第2734296号公報 特許第3371595号公報 特開2002−262568号公報 特開2006−129548号公報
FIG. 14 is a block diagram showing a known example of a voltage feedback type self-excited separately excited composite resonance series converter using a power MOSFET, which is shown in Patent Document 4. In this prior art, power MOSFETs Q1 and Q2 are used as switching elements, and the power source of the main control circuit 4 and the sub control circuit 5 is secured from the auxiliary winding L12 of the output transformer T ′, and this winding voltage is used as a signal source. The main control circuit 4 controls ON / OFF of the low-voltage side power MOSFET Q2 so that the supply voltage to the load Load becomes constant, and the sub-control circuit 5 reduces the voltage between the terminals of the high-voltage side power MOSFET Q1 below the reference voltage. Is turned on to maintain the ZVS of the high-voltage power MOSFET Q1.
Japanese Patent No. 2734296 Japanese Patent No. 3371595 JP 2002-262568 A JP 2006-129548 A

上述の従来技術では、副制御回路5には、図15に示すような具体例が示され、前記パワーMOSFETQ1のドレイン−ソース間電圧を抵抗r01とr02とで分圧し、コンパレータ7にて基準電圧8と比較して、積分回路のコンデンサc1の充放電によってパワーMOSFETQ1をONさせている。このような構成では、高圧側のパワーMOSFETQ1のドレイン−ソース間電圧を直接判別しながらONのタイミングを決定するので、前記ZVSが実現される可能性はあるが、下記のような課題を有すると考えられる。先ず、パワーMOSFETQ1のドレイン−ソース間電圧を分圧する必要があり、前記抵抗r01,r02による損失が懸念される。一方、これらの抵抗r01,r02を高抵抗で構成する場合は、コンパレータ7の入力容量による遅延時間が想定され、高周波化が難しいと思われる。次に、駆動制御回路4,5が複雑化し、他励方式に対する優位性が認められない。   In the above-described prior art, a specific example as shown in FIG. 15 is shown in the sub-control circuit 5. The drain-source voltage of the power MOSFET Q 1 is divided by the resistors r 01 and r 02, and the reference voltage is output by the comparator 7. Compared with FIG. 8, the power MOSFET Q <b> 1 is turned on by charging and discharging the capacitor c <b> 1 of the integration circuit. In such a configuration, the ON timing is determined while directly determining the drain-source voltage of the power MOSFET Q1 on the high voltage side. Therefore, the ZVS may be realized, but the following problems are encountered. Conceivable. First, it is necessary to divide the drain-source voltage of the power MOSFET Q1, and there is a concern about the loss due to the resistors r01 and r02. On the other hand, when these resistors r01 and r02 are configured with high resistance, a delay time due to the input capacitance of the comparator 7 is assumed, and it is considered difficult to increase the frequency. Next, the drive control circuits 4 and 5 become complicated, and no superiority over the separate excitation system is recognized.

本発明の目的は、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータにおいて、本来の特徴である低損失・低雑音化を維持しながら、他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を実現することができるスイッチング電源装置を提供することである。   The object of the present invention is to greatly simplify the circuit and reduce the cost of a self-excited composite resonant series converter of voltage feedback type compared to other types of excitation while maintaining the original characteristics of low loss and low noise. It is to provide a switching power supply device that can be realized.

本発明のスイッチング電源装置は、直流入力電源の両端子間に第1および第2のスイッチング素子から成る直列回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記直流入力電源の一方の端子との間に、インダクタ、コンデンサおよびトランスの1次巻線から成る直列回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子のスイッチングにより得られたトランスの2次側誘起電流をダイオードおよび平滑コンデンサによって整流・平滑化して出力し、第1および第2の制御回路が前記トランスの第1および第2の補助巻線に誘起された電圧で前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれON/OFFすることでスイッチングを継続するようにした電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータから成るスイッチング電源装置において、前記第1および第2の制御回路は、前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせるための第3および第4のスイッチング素子と、前記第1および第2の補助巻線に生じる誘起電圧をピークホールドするピークホールド回路と、前記誘起電圧が前記ピークホールド回路によるホールド電圧より予め定めるレベル以上低下したときに前記第3および第4のスイッチング素子をONして前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせる比較器とを備えて構成されることを特徴とする。   In the switching power supply device of the present invention, a series circuit composed of first and second switching elements is connected between both terminals of the DC input power supply, and the connection point between the first and second switching elements and the DC input power supply A series circuit including an inductor, a capacitor, and a primary winding of a transformer is connected between one terminal and a secondary side induced current of the transformer obtained by switching of the first and second switching elements. Rectified and smoothed by a smoothing capacitor and output, and the first and second switching elements are respectively supplied with voltages induced in the first and second auxiliary windings of the transformer by the first and second control circuits. A switch consisting of a voltage feedback self-excited complex resonance series converter that is continuously switched on and off. In the power supply apparatus, the first and second control circuits include third and fourth switching elements for turning off the first and second switching elements, respectively, and the first and second auxiliary windings. A peak hold circuit for peak-holding the induced voltage generated at the time, and when the induced voltage falls below a predetermined level from the hold voltage by the peak hold circuit, the third and fourth switching elements are turned on to turn the first and And a comparator for turning off each of the second switching elements.

上記の構成によれば、直流入力電源の両端子間に第1および第2のスイッチング素子から成る直列回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記直流入力電源の一方の端子との間に、インダクタ、コンデンサおよびトランスの1次巻線から成る直列回路が接続され、第1および第2の補助巻線の誘起電圧を前記スイッチング素子のON/OFF駆動に用いる電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータから成るスイッチング電源装置において、その補助巻線の誘起電圧からスイッチング素子のON/OFF駆動を行う第1および第2の制御回路を、前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせるための第3および第4のスイッチング素子と、前記第1および第2の補助巻線に生じる誘起電圧をピークホールドするピークホールド回路と、前記誘起電圧が前記ピークホールド回路によるホールド電圧より予め定めるレベル以上低下したときに前記第3および第4のスイッチング素子をONして前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせる比較器とを備えて構成する。   According to said structure, the series circuit which consists of a 1st and 2nd switching element is connected between both terminals of DC input power supply, and the connection point of said 1st and 2nd switching element and one of said DC input power supplies A series circuit comprising an inductor, a capacitor, and a primary winding of a transformer is connected between the first and second terminals, and voltage feedback using the induced voltage of the first and second auxiliary windings for ON / OFF driving of the switching element. Switching power supply comprising a self-excited composite resonance series converter of the type, the first and second switching circuits for turning ON / OFF the switching element from the induced voltage of the auxiliary winding are the first and second switching circuits. The induced voltage generated in the third and fourth switching elements for turning off the elements and the first and second auxiliary windings is reduced. A peak hold circuit for holding, and when the induced voltage is lowered by a predetermined level or more from a hold voltage by the peak hold circuit, the third and fourth switching elements are turned on to turn on the first and second switching elements. Each of them is configured to include a comparator that is turned off.

したがって、前記第1および第2の制御回路は、2次側平滑コンデンサの充電完了によって2次側誘起電流が流れなくなったことを、前記第1および第2の補助巻線の内、一方の電圧低下から検知して前記第1および第2のスイッチング素子の内のONしていた側をOFF駆動するとともに、他方の電圧上昇で検知して前記第1および第2のスイッチング素子の内のOFFしていた側をONさせることで前記スイッチングを継続させる。こうして、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータにおいて、適切なスイッチング条件を簡易な構成で実現でき、本来の特徴である低損失・低雑音化を維持しながら、他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を実現することができる。また、より高周波化し、小型・高効率化にも適応できる。   Accordingly, the first and second control circuits indicate that the secondary-side induced current stops flowing due to the completion of charging of the secondary-side smoothing capacitor. Detecting from the drop, the ON side of the first and second switching elements is driven OFF, and the other voltage increase is detected to detect OFF of the first and second switching elements. The switching is continued by turning on the side that has been turned on. Thus, in the voltage feedback type self-excited complex resonance series converter, appropriate switching conditions can be realized with a simple configuration, while maintaining the low loss and low noise that are the original features, and a circuit that is significantly larger than the other excitation type. Simplification and cost reduction can be realized. Moreover, it can be adapted to higher frequency, smaller size and higher efficiency.

また、本発明のスイッチング電源装置では、前記第3および第4のスイッチング素子は、バイポーラトランジスタから成ることを特徴とする。   In the switching power supply of the present invention, the third and fourth switching elements are bipolar transistors.

上記の構成によれば、前記第3および第4のスイッチング素子としてバイポーラトランジスタを用いることで、該バイポーラトランジスタのベース電流によって前記ピークホールド回路のホールド電荷を放電することができ、別途に放電手段が必要とならず、また前記第3および第4のスイッチング素子が一瞬ONしても、少数キャリアの消滅時間を適度の遅延時間に利用することができ、デッドタイム調整用の遅延回路として機能させることもできる。   According to the above configuration, by using a bipolar transistor as the third and fourth switching elements, the hold charge of the peak hold circuit can be discharged by the base current of the bipolar transistor, and a separate discharge unit is provided. Even if the third and fourth switching elements are turned on for a moment, the disappearance time of minority carriers can be used for an appropriate delay time, and function as a delay circuit for adjusting dead time. You can also.

好ましくは、前記ピークホールド回路は、前記第1および第2の補助巻線に生じる前記第1および第2のスイッチング素子をONする方向の誘起電圧をピークホールドするダイオードとコンデンサとの直列回路から成り、前記第1および第2の制御回路は、前記比較器が第3および第4のスイッチング素子をONさせた後、前記コンデンサの電荷を放出するためのスイッチ手段をさらに備えることを特徴とする。   Preferably, the peak hold circuit includes a series circuit of a diode and a capacitor for peak-holding an induced voltage generated in the first and second auxiliary windings in a direction to turn on the first and second switching elements. The first and second control circuits further include switch means for discharging the charge of the capacitor after the comparator turns on the third and fourth switching elements.

さらにまた、本発明のスイッチング電源装置では、前記トランスの第1および第2の補助巻線は、ゲート抵抗を介して前記第1および第2のスイッチング素子に接続されるとともに、前記第1および第2の制御回路のピークホールド回路および比較器に接続されることを特徴とする。   Furthermore, in the switching power supply device of the present invention, the first and second auxiliary windings of the transformer are connected to the first and second switching elements via a gate resistor, and the first and second The second control circuit is connected to a peak hold circuit and a comparator.

上記の構成によれば、前記トランスの第1および第2の補助巻線に誘起された電圧は、ゲート抵抗を介して前記第1および第2のスイッチング素子に与えられてそれらをONさせ、前記第1および第2の制御回路のピークホールド回路および比較器にも前記トランスの第1および第2の補助巻線に誘起された電圧が前記ゲート抵抗を介して与えられる。   According to the above configuration, the voltage induced in the first and second auxiliary windings of the transformer is applied to the first and second switching elements via the gate resistance to turn them on, The voltage induced in the first and second auxiliary windings of the transformer is also supplied to the peak hold circuit and the comparator of the first and second control circuits via the gate resistance.

したがって、第1および第2のスイッチング素子のゲート電圧の立上がりを緩やかにすることができ、該第1および第2のスイッチング素子が共にOFFするデットオフタイムを形成するのに好適である。   Therefore, the rise of the gate voltage of the first and second switching elements can be moderated, which is suitable for forming a dead-off time in which both the first and second switching elements are turned off.

また、本発明のスイッチング電源装置では、前記比較器は、MOSFETから成ることを特徴とする。   In the switching power supply device of the present invention, the comparator includes a MOSFET.

上記の構成によれば、前記第1および第2の補助巻線に生じた誘起電圧がピークホールド回路によるホールド電圧より予め定めるレベル以上低下したことを、MOSFETのゲートスレシホールド電圧を利用して検知することができる。   According to the above configuration, the fact that the induced voltage generated in the first and second auxiliary windings has decreased by a predetermined level or more from the hold voltage by the peak hold circuit is determined using the gate threshold voltage of the MOSFET. Can be detected.

さらにまた、本発明のスイッチング電源装置では、前記負荷は、LEDであることを特徴とする。   Furthermore, in the switching power supply device of the present invention, the load is an LED.

上記の構成によれば、LEDの順方向電圧以上の電圧が印加されるまでは電流が流れず、起動時はいわゆる無負荷状態にあるため、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの起動性を改善するとともに、LED負荷着脱時などに発生するLEDへのラッシュ電流を抑制する効果がある。   According to the above configuration, the current does not flow until a voltage equal to or higher than the forward voltage of the LED is applied, and is in a so-called no-load state at the time of startup. As well as improving the above, there is an effect of suppressing the rush current to the LED generated when the LED load is attached / detached.

本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、補助巻線の誘起電圧をスイッチング素子のON/OFF駆動に用いる電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータから成るスイッチング電源装置において、第1および第2の補助巻線の誘起電圧からスイッチング素子のON/OFF駆動を行う第1および第2の制御回路を、第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせるための第3および第4のスイッチング素子と、前記第1および第2の補助巻線に生じる誘起電圧をピークホールドするピークホールド回路と、前記誘起電圧が前記ピークホールド回路によるホールド電圧より予め定めるレベル以上低下したときに前記第3および第4のスイッチング素子をONして前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせる比較器とを備えて構成する。   As described above, the switching power supply according to the present invention is a switching power supply comprising a voltage feedback type self-excited complex resonance series converter that uses the induced voltage of the auxiliary winding for ON / OFF driving of the switching element. The first and second control circuits for turning on / off the switching element from the induced voltage of the two auxiliary windings, and the third and fourth switching elements for turning off the first and second switching elements, respectively. A peak hold circuit for peak-holding the induced voltage generated in the first and second auxiliary windings, and the third and second when the induced voltage falls below a predetermined level from the hold voltage by the peak hold circuit. 4 switching elements are turned on and the first and second switching elements are turned off. Configure a that comparator.

それゆえ、前記第1および第2の制御回路は、2次側平滑コンデンサの充電完了によって2次側誘起電流が流れなくなったことを、前記第1および第2の補助巻線の内、一方の電圧低下から検知して前記第1および第2のスイッチング素子の内のONしていた側をOFF駆動するとともに、他方の電圧上昇で検知して前記第1および第2のスイッチング素子の内のOFFしていた側をONさせることで前記スイッチングを継続させる。こうして、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータにおいて、適切なスイッチング条件を簡易な構成で実現でき、本来の特徴である低損失・低雑音化を維持しながら、他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を実現することができる。また、より高周波化し、小型・高効率化にも適応できる。   Therefore, the first and second control circuits indicate that the secondary-side induced current does not flow due to the completion of charging of the secondary-side smoothing capacitor, and one of the first and second auxiliary windings Detecting from a voltage drop, the ON side of the first and second switching elements is driven OFF, and detecting the other voltage increase to detect OFF of the first and second switching elements. The switching is continued by turning on the side that has been turned on. Thus, in the voltage feedback type self-excited complex resonance series converter, appropriate switching conditions can be realized with a simple configuration, while maintaining the low loss and low noise that are the original features, and a circuit that is significantly larger than the other excitation type. Simplification and cost reduction can be realized. Moreover, it can be adapted to higher frequency, smaller size and higher efficiency.

また、本発明のスイッチング電源装置は、前記第3および第4のスイッチング素子を、バイポーラトランジスタとする。   In the switching power supply device of the present invention, the third and fourth switching elements are bipolar transistors.

それゆえ、該バイポーラトランジスタのベース電流によって前記ピークホールド回路のホールド電荷を放電することができ、別途に放電手段が必要とならず、また前記第3および第4のスイッチング素子が一瞬ONしても、少数キャリアの消滅時間を適度の遅延時間に利用することができ、デッドタイム調整用の遅延回路として機能させることもできる。   Therefore, the hold charge of the peak hold circuit can be discharged by the base current of the bipolar transistor, no additional discharge means is required, and even if the third and fourth switching elements are turned on for a moment. The minority carrier disappearance time can be used as an appropriate delay time, and can function as a delay circuit for adjusting the dead time.

さらにまた、本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、前記トランスの第1および第2の補助巻線に誘起された電圧は、ゲート抵抗を介して前記第1および第2のスイッチング素子に与えられてそれらをONさせ、前記第1および第2の制御回路のピークホールド回路および比較器にも前記トランスの第1および第2の補助巻線に誘起された電圧が前記ゲート抵抗を介して与えられる。   Furthermore, in the switching power supply device of the present invention, as described above, the voltage induced in the first and second auxiliary windings of the transformer is applied to the first and second switching elements via the gate resistance. The voltage induced in the first and second auxiliary windings of the transformer is also supplied to the peak hold circuit and the comparator of the first and second control circuits via the gate resistance. Given.

それゆえ、第1および第2のスイッチング素子のゲート電圧の立上がりを緩やかにすることができ、該第1および第2のスイッチング素子が共にOFFするデットオフタイムを形成するのに好適である。   Therefore, the rise of the gate voltage of the first and second switching elements can be moderated, which is suitable for forming a dead-off time in which both the first and second switching elements are turned off.

また、本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、前記比較器は、MOSFETから成る。   In the switching power supply device of the present invention, as described above, the comparator includes a MOSFET.

それゆえ、前記第1および第2の補助巻線に生じた誘起電圧がピークホールド回路によるホールド電圧より予め定めるレベル以上低下したことを、MOSFETのゲートスレシホールド電圧を利用して検知することができる。   Therefore, it is possible to detect using the gate threshold voltage of the MOSFET that the induced voltage generated in the first and second auxiliary windings is lower than the hold voltage by the peak hold circuit by a predetermined level or more. it can.

さらにまた、本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、前記負荷をLEDとする。   Furthermore, the switching power supply device of the present invention uses the load as an LED as described above.

それゆえ、LEDの順方向電圧以上の電圧が印加されるまでは電流が流れず、起動時はいわゆる無負荷状態にあるため、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの起動性を改善するとともに、LED負荷着脱時などに発生するLEDへのラッシュ電流を抑制する効果がある。   Therefore, current does not flow until a voltage higher than the forward voltage of the LED is applied, and it is in a so-called no-load state at the time of start-up, so that the start-up property of the voltage feedback type self-excited complex resonance series converter is improved. There is an effect of suppressing the rush current to the LED generated when the LED load is attached / detached.

図1は、本発明の実施の一形態に係るスイッチング電源装置11の電気的構成を示すブロック図である。このスイッチング電源装置11は、改良された電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータであり、本来の特徴であるスイッチング素子Q1,Q2の低損失・低雑音化を維持しながら、他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を図り、さらに動作の高周波化を可能とするものである。   FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a switching power supply device 11 according to an embodiment of the present invention. This switching power supply device 11 is an improved voltage feedback type self-excited composite resonance series converter, and maintains the low loss and noise reduction of the switching elements Q1 and Q2, which are the original features, compared to the separate excitation type. This greatly simplifies the circuit and lowers the cost, and further enables higher frequency operation.

図1において、直流入力電源Eの両端子間に、第1および第2の前記スイッチング素子Q1とQ2(以下、パワーMOSFETで記述)との直列回路が接続されるとともに、コンデンサC0が接続される。そして、前記パワーMOSFETQ1,Q2の接続点と前記直流入力電源Eの一端との間に、インダクタLと出力トランスT1の1次巻線L11とコンデンサC1との直列共振回路を形成し、前記パワーMOSFETQ1,Q2の何れかと並列にコンデンサC2が接続される(図1では、直流入力電源Eの一端は低圧側に、コンデンサC2はパワーMOSFETQ2に並列に接続した例を示している)。また、パワーMOSFETQ1,Q2には、それぞれ逆並列にダイオードD1,D2が接続される。なお、コンデンサC2は、パワーMOSFETQ1,Q2の接合容量で代用される場合もあり、ダイオードD1,D2も、前記パワーMOSFETQ1,Q2のボデイダイオードで兼用される場合もある。   In FIG. 1, a series circuit of first and second switching elements Q1 and Q2 (hereinafter referred to as power MOSFET) is connected between both terminals of a DC input power source E, and a capacitor C0 is connected. . A series resonant circuit of an inductor L, a primary winding L11 of the output transformer T1, and a capacitor C1 is formed between the connection point of the power MOSFETs Q1 and Q2 and one end of the DC input power supply E, and the power MOSFET Q1 , Q2 and a capacitor C2 are connected in parallel (FIG. 1 shows an example in which one end of the DC input power supply E is connected to the low voltage side and the capacitor C2 is connected in parallel to the power MOSFET Q2). Also, diodes D1 and D2 are connected in antiparallel to power MOSFETs Q1 and Q2, respectively. Capacitor C2 may be substituted by the junction capacitance of power MOSFETs Q1 and Q2, and diodes D1 and D2 may also be used as body diodes of power MOSFETs Q1 and Q2.

さらに前記出力トランスT1の出力巻線に中間タップを設けて2分割(L21,L22)し、それらの出力を整流するダイオードD3,D4で全波整流回路を形成し、前記中間タップとの間に平滑コンデンサC3および直流負荷Loadが接続される。また、前記出力トランスT1に補助巻線L12を設け、1次の主巻線L11と逆極性側をゲート抵抗R12を介してパワーMOSFETQ2のゲートに接続し、補助巻線L12に生じる電圧でパワーMOSFETQ2を駆動できるように構成する。高圧側のパワーMOSFETQ1のゲート駆動についても同様に、出力トランスT1に第2の補助巻線L13を設け、1次の主巻線L11と同一極性側をゲート抵抗R11を介して前記パワーMOSFETQ1のゲートに接続し、第2の補助巻線L13に生じる電圧でパワーMOSFETQ1を駆動できるように構成する。こうして、2つの補助巻線L13,L12からの帰還電圧によって、パワーMOSFETQ1,Q2が交互にON/OFFして自励発振する。   Further, an intermediate tap is provided in the output winding of the output transformer T1 and divided into two (L21, L22), and a full-wave rectifier circuit is formed by diodes D3 and D4 that rectify their outputs, and between the intermediate taps. A smoothing capacitor C3 and a DC load Load are connected. Further, an auxiliary winding L12 is provided in the output transformer T1, and the reverse polarity side of the primary main winding L11 is connected to the gate of the power MOSFET Q2 via the gate resistor R12, and the power MOSFET Q2 is generated by the voltage generated in the auxiliary winding L12. Is configured to be driven. Similarly, for the gate drive of the power MOSFET Q1 on the high voltage side, the second auxiliary winding L13 is provided in the output transformer T1, and the same polarity side as the primary main winding L11 is connected to the gate of the power MOSFET Q1 via the gate resistor R11. And the power MOSFET Q1 can be driven by the voltage generated in the second auxiliary winding L13. Thus, the power MOSFETs Q1 and Q2 are alternately turned on and off by the feedback voltages from the two auxiliary windings L13 and L12, and self-oscillate.

ここで、注目すべきは、本発明では、各パワーMOSFETQ1,Q2には、そのOFFタイミングを設定するための制御回路Cont1,Cont2が設けられることである。なお、これらの制御回路Cont1,Cont2は同一構成であり、図面の簡略化のために、図1では制御回路Cont2についてのみ、具体的構成を示している。これらの制御回路Cont1,Cont2は、前記パワーMOSFETQ1,Q2のゲート−ソース間を短絡し、該パワーMOSFETQ1,Q2をOFFさせるための第3および第4のスイッチング素子であるスイッチ素子SW1と、ダイオードD5とコンデンサC4とで構成したピークホールド回路と、前記ダイオードD5の逆電圧を検出し、前記スイッチ素子SW1をONさせるための比較器Compと、次のサイクルに備えてコンデンサC4の電荷を放電するための遅延回路2およびスイッチSW2とを備えて構成される。これらの制御回路Cont1,Cont2は、以下のような自励動作を行う。   Here, it should be noted that in the present invention, the power MOSFETs Q1 and Q2 are provided with control circuits Cont1 and Cont2 for setting the OFF timing thereof. Note that these control circuits Cont1 and Cont2 have the same configuration, and in order to simplify the drawing, only the control circuit Cont2 is shown in FIG. 1 as a specific configuration. These control circuits Cont1 and Cont2 have a switch element SW1 which is a third and fourth switching element for short-circuiting the gates and sources of the power MOSFETs Q1 and Q2 and turning off the power MOSFETs Q1 and Q2, and a diode D5. And a capacitor C4 for detecting the reverse voltage of the diode D5 and detecting the reverse voltage of the diode D5 and turning on the switch element SW1, and for discharging the charge of the capacitor C4 in preparation for the next cycle. Delay circuit 2 and switch SW2. These control circuits Cont1 and Cont2 perform the following self-excited operation.

図2および図3に基づいて回路動作を説明する。図中VQ1,VQ2はパワーMOSFETQ1,Q2のドレイン−ソース間電圧、IQ1,IQ2はパワーMOSFETQ1,Q2のドレイン電流、VC1はコンデンサC1の電圧、ID3,ID4は出力整流ダイオードD3,D4のダイオード電流、VL11は出力トランスT1の1次巻線L11の電圧、VL12,VL13は出力トランスT1の補助巻線L12,L13の電圧、cont1,cont2は制御回路Cont1,Cont2内で前記スイッチ素子SW1を駆動するための信号をそれぞれ表している。ただし、図2は、図1で示す本実施の形態の自励式複合共振直列コンバータの動作波形図ではなく、前述の図10で示す他励式複合共振直列コンバータの図11で示す動作波形図に、前記巻線L11,L12の電圧VL11,VL12を詳しく示すものである。   The circuit operation will be described with reference to FIGS. In the figure, VQ1 and VQ2 are drain-source voltages of the power MOSFETs Q1 and Q2, IQ1 and IQ2 are drain currents of the power MOSFETs Q1 and Q2, VC1 is a voltage of the capacitor C1, ID3 and ID4 are diode currents of the output rectifier diodes D3 and D4, VL11 is a voltage of the primary winding L11 of the output transformer T1, VL12 and VL13 are voltages of the auxiliary windings L12 and L13 of the output transformer T1, and cont1 and cont2 are for driving the switch element SW1 in the control circuits Cont1 and Cont2. Each of the signals is represented. However, FIG. 2 is not an operation waveform diagram of the self-excited composite resonance series converter of the present embodiment shown in FIG. 1, but an operation waveform diagram shown in FIG. 11 of the separately excited composite resonance series converter shown in FIG. This shows in detail the voltages VL11 and VL12 of the windings L11 and L12.

図2を参照して、出力トランスT1の1次巻線L11に印加される電圧波形は、VL11のような波形となり、その相似した波形が補助巻線L12,L13に発生する。電流帰還の場合は正弦波状の共振電流が帰還されるのに対して、出力トランスT1からの電圧帰還においては前記VL11のような矩形波の電圧が帰還されるので、パワーMOSFETQ1,Q2の駆動に適することが理解される。しかしながら、VL11には2次側ダイオードD3,D4の電流ID3,ID4が途切れる区間に対応して、参照符号Pで示すような段差が存在する。本発明はこの段差Pに着目したものであり、スイッチング素子Q1,Q2をOFFさせるタイミングをこの段差Pの発生時とすることによって、下記の効果を狙ったものである。   Referring to FIG. 2, the voltage waveform applied to primary winding L11 of output transformer T1 is a waveform like VL11, and similar waveforms are generated in auxiliary windings L12 and L13. In the case of current feedback, a sinusoidal resonance current is fed back, whereas in the voltage feedback from the output transformer T1, a rectangular wave voltage such as VL11 is fed back, so that the power MOSFETs Q1 and Q2 are driven. It is understood that it is suitable. However, there is a step as indicated by reference symbol P in VL11 corresponding to a section in which the currents ID3 and ID4 of the secondary diodes D3 and D4 are interrupted. The present invention pays attention to the step P, and aims at the following effects by setting the timing of turning off the switching elements Q1 and Q2 when the step P is generated.

すなわち、段差Pの発生までの期間はインダクタLとコンデンサC1との直列共振周波数に依存し、安定した動作周波数設計が可能である。また、段差Pの発生は、出力側のダイオード電流ID3,ID4が途切れた結果であり、まさに他励式において理想とされるスイッチングOFFの動作ポイントで、出力ダイオードD3,D4のリカバリを抑制することが可能である。さらにまた、段差Pを検出する検出手段として用いる整流平滑回路によって、適度のデットオフタイムが生成可能で、ZVS動作実現に利用できる。これらの効果を以下に詳しく説明する。   That is, the period until the step P is generated depends on the series resonance frequency of the inductor L and the capacitor C1, and a stable operating frequency design is possible. Further, the generation of the step P is a result of the interruption of the diode currents ID3 and ID4 on the output side, and the recovery of the output diodes D3 and D4 is suppressed at the switching OFF operation point that is ideal in the separate excitation type. Is possible. Furthermore, an appropriate dead-off time can be generated by the rectifying / smoothing circuit used as the detecting means for detecting the step P, which can be used for realizing the ZVS operation. These effects will be described in detail below.

図3は、本実施の形態に係る電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの動作波形図である。図3を参照して、VL13は補助巻線L13に生じる帰還電圧波形を示し、VC4はピークホールド用のコンデンサC4の電圧を示しており、帰還電圧VL13が正の間にコンデンサC4はダイオードD5のON電圧だけ低い電圧まで充電・保持される。VL13に段差が発生した瞬間、VC4>VL13の状態が発生してダイオードD5に逆電圧が印加される。時刻t1において、比較器Compでこの逆電圧をある閾値δで検出し、該比較器Compの出力でパワーMOSFETQ2のゲート−ソース間に接続されたスイッチ素子SW1をONさせることで、前記パワーMOSFETQ2がOFFする。その後、次のONサイクルに備えて遅延回路12で時間t3だけ遅延した後、コンデンサC4の電荷をスイッチ素子SW2によって放電させる結果、VC4はゼロにリセットされる。   FIG. 3 is an operation waveform diagram of the voltage feedback self-excited composite resonance series converter according to the present embodiment. Referring to FIG. 3, VL13 indicates a feedback voltage waveform generated in the auxiliary winding L13, VC4 indicates the voltage of the peak hold capacitor C4, and the capacitor C4 is connected to the diode D5 while the feedback voltage VL13 is positive. It is charged and held to a voltage that is lower than the ON voltage. At the moment when the step is generated in VL13, a state of VC4> VL13 occurs and a reverse voltage is applied to the diode D5. At time t1, the comparator Comp detects this reverse voltage at a certain threshold δ, and the switch MOSFET SW2 connected between the gate and source of the power MOSFET Q2 is turned on by the output of the comparator Comp, so that the power MOSFET Q2 Turn off. Thereafter, after delaying by the delay circuit 12 by the time t3 in preparation for the next ON cycle, the charge of the capacitor C4 is discharged by the switch element SW2, so that VC4 is reset to zero.

こうして、補助巻線電圧VL13に段差が発生した時点(前記時刻t1)でパワーMOSFETQ1のゲート−ソース間に設けたスイッチ素子SW1をONさせて該パワーMOSFETQ1をOFFさせる結果、補助巻線電圧VL13は、時刻t2から速やかに低下し、適度なデットオフタイムを経て補助巻線L12の電圧VL12が立上がり、ゲート抵抗R12を介してパワーMOSFETQ2をONさせ、インダクタLとコンデンサC1との共振周波数で決まる一定期間後に段差を生じて、同様な動作を繰返すことによって、自励式であっても、パワーMOSFETQ1のドレイン−ソース間電圧VQ1、ドレイン電流IQ1およびパワーMOSFETQ2のドレイン−ソース間電圧VQ2、ドレイン電流IQ2、ならびにダイオード電流ID3,ID4は、前記図11で示す他励式と極めて近似した波形が得られることが理解される。これによって、前述のように、スイッチング素子Q1,Q2の低損失・低雑音化を維持しながら、他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を図り、さらに動作の高周波化(たとえば500kHz)を可能とすることができる。   In this way, when the step occurs in the auxiliary winding voltage VL13 (the time t1), the switch element SW1 provided between the gate and the source of the power MOSFET Q1 is turned on and the power MOSFET Q1 is turned off. As a result, the auxiliary winding voltage VL13 is The voltage VL12 of the auxiliary winding L12 rises rapidly after time t2, passes through an appropriate dead-off time, turns on the power MOSFET Q2 via the gate resistor R12, and is constant determined by the resonance frequency of the inductor L and the capacitor C1. By generating a step after the period and repeating the same operation, the drain-source voltage VQ1, the drain current IQ1 and the drain-source voltage VQ2 of the power MOSFET Q2, the drain current IQ2, And diode power ID3, ID4 is waveform closely approximates the separately excited shown in FIG. 11 that is obtained is understood. Thus, as described above, while maintaining low loss and low noise of the switching elements Q1 and Q2, the circuit can be greatly simplified and cost-reduced compared to the separately excited type, and the operation can be performed at a higher frequency (for example, 500 kHz) may be possible.

以下、順次本発明の具体的な展開例を示す。図1の構成に対応する部分には同一の参照符号を付して示す。図4のスイッチング電源装置11aの制御回路Cont1a,Cont2aは、図1におけるパワーMOSFETQ1,Q2のゲート−ソース間を短絡するするスイッチSW1として、npn型のトランジスタQ11を用いた具体回路である。このトランジスタQ11と直列に逆電流阻止用のダイオードD11が接続され、またトランジスタQ11のベース−エミッタ間には、前記比較器Compからの駆動信号cont1,cont2による該トランジスタQ11の誤動作を防止するコンデンサC11が接続されている。   Hereinafter, specific examples of development of the present invention will be sequentially described. Parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The control circuits Cont1a and Cont2a of the switching power supply device 11a in FIG. 4 are specific circuits using an npn-type transistor Q11 as a switch SW1 for short-circuiting the gates and sources of the power MOSFETs Q1 and Q2 in FIG. A reverse current blocking diode D11 is connected in series with the transistor Q11, and a capacitor C11 is connected between the base and emitter of the transistor Q11 to prevent malfunction of the transistor Q11 due to the drive signals cont1 and cont2 from the comparator Comp. Is connected.

このように構成されるスイッチング電源装置11aの動作は、前述の図1で示すスイッチング電源装置11とほぼ同様であるが、段差発生時にスイッチSW1となるトランジスタQ11をコンデンサC4の電荷でONさせたときに、同時に該コンデンサC4の電荷を放出するように構成した例である。   The operation of the switching power supply device 11a configured as described above is substantially the same as that of the switching power supply device 11 shown in FIG. 1 described above, but when the transistor Q11 serving as the switch SW1 is turned on by the charge of the capacitor C4 when the step is generated. Further, in this example, the capacitor C4 is discharged at the same time.

これに対して、図5のスイッチング電源装置11bの制御回路Cont1b,Cont2bは、図1におけるパワーMOSFETQ1,Q2のゲート−ソース間を短絡するするスイッチSW1として、pnp型のトランジスタQ12を用いた具体回路である。このトランジスタQ12と直列に逆電流阻止用の前記ダイオードD11が接続され、トランジスタQ12のベース−エミッタ間には、前記比較器Compからの駆動信号cont1,cont2による該トランジスタQ12の誤動作を防止する前記コンデンサC11が接続されている。   In contrast, the control circuits Cont1b and Cont2b of the switching power supply device 11b in FIG. 5 are specific circuits using a pnp type transistor Q12 as the switch SW1 for short-circuiting the gates and sources of the power MOSFETs Q1 and Q2 in FIG. It is. The reverse current blocking diode D11 is connected in series with the transistor Q12, and the capacitor for preventing malfunction of the transistor Q12 due to the drive signals cont1 and cont2 from the comparator Comp is connected between the base and emitter of the transistor Q12. C11 is connected.

また、前記スイッチSW1がpnp型のトランジスタQ12であることから、ピークホールド回路を構成するダイオードD5とコンデンサC4とが相互に入換えられている。これによってもまた、段差発生時にスイッチSW1となるトランジスタQ12をコンデンサC4の電荷でONさせたときに、同時に該コンデンサC4の電荷を放出することができる。   Since the switch SW1 is a pnp transistor Q12, the diode D5 and the capacitor C4 constituting the peak hold circuit are interchanged. Also by this, when the transistor Q12 serving as the switch SW1 is turned on by the charge of the capacitor C4 when the step is generated, the charge of the capacitor C4 can be discharged at the same time.

図6のスイッチング電源装置11cは、制御回路Cont1,Cont2にゲート抵抗R11,R12を介して補助巻線L13,L12の電圧を与えるようにした例であり、そのゲート抵抗R11,R12とピークホールド回路のコンデンサC4による積分回路の効果により、パワーMOSFETQ1,Q2のゲート電圧の立上がりを緩やかにすることができ、該パワーMOSFETQ1,Q2が共にOFFするデットオフタイムを形成するのに適している。主な動作は、図4および図5と略同様である。   6 is an example in which the voltages of the auxiliary windings L13 and L12 are applied to the control circuits Cont1 and Cont2 via the gate resistors R11 and R12, and the gate resistors R11 and R12 and the peak hold circuit are provided. The rise of the gate voltage of the power MOSFETs Q1 and Q2 can be moderated by the effect of the integrating circuit by the capacitor C4, which is suitable for forming a dead-off time in which both the power MOSFETs Q1 and Q2 are turned off. The main operation is substantially the same as in FIGS.

図7のスイッチング電源装置11dは、図6における制御回路Cont1d,Cont2dにおいて、パワーMOSFETQ1,Q2のゲート−ソース間を短絡するするスイッチSW1として、MOSFETQ21を用いた例であり、概ね、前述の図4および図5と同様な動作となるが、MOSFETは電圧駆動型の素子であるために、前記比較器Compからの駆動信号cont1,cont2によってこのMOSFETQ21が直接駆動されるとともに、前記スイッチSW2でコンデンサC4の電荷が直接放電されている。   7 is an example in which the MOSFET Q21 is used as the switch SW1 for short-circuiting the gates and sources of the power MOSFETs Q1 and Q2 in the control circuits Cont1d and Cont2d in FIG. 5 and the operation is the same as that of FIG. 5. However, since the MOSFET is a voltage-driven element, the MOSFET Q21 is directly driven by the drive signals cont1 and cont2 from the comparator Comp, and the capacitor C4 is driven by the switch SW2. The charge is directly discharged.

図8のスイッチング電源装置11eは、図4におけるパワーMOSFETQ1,Q2ののゲート駆動を、前記ゲート抵抗R11,R12と、制御回路Cont1e,Cont2e内のダイオードD5とを介して行うもので、高周波化に伴ってコンデンサC4をパワーMOSFETQ1,Q2のゲート容量Cissで代用できる可能性を含んでいる。   The switching power supply device 11e in FIG. 8 performs gate driving of the power MOSFETs Q1 and Q2 in FIG. 4 via the gate resistors R11 and R12 and the diode D5 in the control circuits Cont1e and Cont2e. Accordingly, there is a possibility that the capacitor C4 can be replaced by the gate capacitance Ciss of the power MOSFETs Q1 and Q2.

図9は、前記図1の制御回路Cont1,Cont2の具体的な他の構成例である制御回路Conta,Contbの回路図である。図9(a)で示す制御回路Contaでは、端子P11−P13;P21−P23間に入力される電圧帰還信号を、抵抗r1,r2で分圧し、その分圧された電圧をコンパレータICの−端子へ供給している。またこの分圧電圧で、ダイオードd5およびツエナーダイオードzdを介してコンデンサc2を充電するとともに、その充電電圧を前記コンパレータICの+端子に供給している。このような構成によって、帰還電圧が所定値以下に低下した場合、前記分圧点の電位も低下し、+端子の電位が−端子の電位以下となってコンパレータICの出力がハイレベルとなり、これによってMOSFETq1がONし、端子P12−P13;P22−P23間を短絡、すなわちパワーMOSFETQ1,Q2をOFFさせることができる。図中、ダイオードd2とコンデンサc1とは、コンパレータICの電源を形成し、またダイオードd3,d4および抵抗r3は、コンデンサc2の電荷を引き抜く回路を形成している。このようなダイオードd5およびツエナーダイオードzdによって、前記コンパレータICの閾値設定の自由度が高くなっている。   FIG. 9 is a circuit diagram of control circuits Conta and Contb, which are other specific configuration examples of the control circuits Cont1 and Cont2 of FIG. In the control circuit Conta shown in FIG. 9A, the voltage feedback signal input between the terminals P11-P13; P21-P23 is divided by the resistors r1 and r2, and the divided voltage is -terminal of the comparator IC. To supply. The divided voltage charges the capacitor c2 via the diode d5 and the Zener diode zd, and supplies the charging voltage to the + terminal of the comparator IC. With such a configuration, when the feedback voltage decreases below a predetermined value, the potential at the voltage dividing point also decreases, the potential at the + terminal becomes lower than the potential at the − terminal, and the output of the comparator IC becomes high level. As a result, the MOSFET q1 is turned ON, the terminals P12-P13; P22-P23 are short-circuited, that is, the power MOSFETs Q1, Q2 can be turned OFF. In the figure, the diode d2 and the capacitor c1 form a power supply for the comparator IC, and the diodes d3 and d4 and the resistor r3 form a circuit for extracting the charge of the capacitor c2. Such a diode d5 and Zener diode zd increase the degree of freedom in setting the threshold value of the comparator IC.

また、図9(b)で示す制御回路Contbでは、前記端子P11−P13;P21−P23間に入力される電圧帰還信号を、抵抗r11とダイオードd11とを介してコンデンサc11に蓄積し、前記帰還電圧がMOSFETq11のゲートスレシホールド電圧以上に低下した場合に前記MOSFETq11をONさせて、該コンデンサc11の電荷を放出させるとともに、その放電電流でpnp型のバイポーラトランジスタから成るスイッチ素子q12をONさせ、端子P12−P13;P22−P23間を短絡、すなわちパワーMOSFETQ1,Q2をOFFさせている。なお、各端子P11〜P13;P21〜P23の対応関係は、図1に示す。   Further, in the control circuit Contb shown in FIG. 9B, the voltage feedback signal input between the terminals P11-P13; P21-P23 is accumulated in the capacitor c11 via the resistor r11 and the diode d11, and the feedback When the voltage drops below the gate threshold voltage of the MOSFET q11, the MOSFET q11 is turned on to release the charge of the capacitor c11 and the switch element q12 composed of a pnp bipolar transistor is turned on by the discharge current, Terminals P12-P13; P22-P23 are short-circuited, that is, the power MOSFETs Q1, Q2 are turned OFF. The correspondence between the terminals P11 to P13; P21 to P23 is shown in FIG.

以上の説明において入力電源を直流電源Eとして説明したが、商用電源を整流・平滑化して用いてもよい。また出力トランスT1の2次側はセンタータップを設けて整流回路を構成する例で説明したが、整流ブリッジによる方法でも動作などは同じである。さらに、複合共振回路を形成するキャパシタC2については、第1および第2のスイッチング素子Q1,Q2の少なくとも一方に設けるものとするが、動作周波数が高い場合は、パワーMOSFETQ1,Q2の寄生容量(Crss)で代用することが可能である。   In the above description, the input power source has been described as the DC power source E, but a commercial power source may be rectified and smoothed. The secondary side of the output transformer T1 has been described as an example in which a center tap is provided to configure a rectifier circuit. Further, the capacitor C2 forming the composite resonance circuit is provided in at least one of the first and second switching elements Q1 and Q2. When the operating frequency is high, the parasitic capacitance (Crss) of the power MOSFETs Q1 and Q2 is used. ) Can be substituted.

前記負荷Loadは、LEDであることが好ましい。それは、LEDの順方向電圧Vf以上の電圧(直列構成の場合はそのn倍)が印加されるまでは電流が流れず、起動時はいわゆる無負荷状態にあるため、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの起動性を改善するとともに、LED負荷着脱時などに発生するLEDへのラッシュ電流を抑制する効果があるためである。   The load Load is preferably an LED. The current does not flow until a voltage higher than the forward voltage Vf of the LED (n times that in the case of the series configuration) is applied, and is in a so-called no-load state at start-up. This is because the startability of the resonant series converter is improved and the rush current to the LED generated when the LED load is attached / detached is suppressed.

本発明の実施の一形態に係るスイッチング電源装置の電気的構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an electrical configuration of a switching power supply device according to an embodiment of the present invention. 図10で示す従来の他励式複合共振直列コンバータの動作波形を詳しく示す図である。It is a figure which shows in detail the operation | movement waveform of the conventional other excitation type | mold composite resonance series converter shown in FIG. 図1で示す本発明の実施の一形態に係る電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの動作波形図である。FIG. 2 is an operation waveform diagram of the voltage feedback self-excited composite resonance series converter according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1. 図1で示すコンバータの具体的な回路例を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit example of the converter shown in FIG. 図1で示すコンバータの具体的な回路例を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit example of the converter shown in FIG. 図1で示すコンバータの具体的な回路例を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit example of the converter shown in FIG. 図1で示すコンバータの具体的な回路例を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit example of the converter shown in FIG. 図1で示すコンバータの具体的な回路例を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit example of the converter shown in FIG. 図1で示すコンバータの具体的な回路例を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit example of the converter shown in FIG. 他励式複合共振直列コンバータの基本構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic composition of another excitation type | mold composite resonance series converter. 図10の動作波形図である。FIG. 11 is an operation waveform diagram of FIG. 10. 従来の自励(電流帰還)式複合共振直列コンバータの例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example of the conventional self-excitation (current feedback) type | mold composite resonance series converter. 従来の自励(電圧帰還)式複合共振直列コンバータの例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example of the conventional self-excitation (voltage feedback) type | mold composite resonance series converter. 従来の自励(電圧帰還)式複合共振直列コンバータの他の例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other example of the conventional self-excitation (voltage feedback) type | mold composite resonance series converter. 図14で示すコンバータの制御回路の具体例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific example of the control circuit of the converter shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11;11a,11b,11c,11d,11e スイッチング電源装置
12 遅延回路
C0,C1,C2,C4,C11 コンデンサ
C3 平滑コンデンサ
Comp 比較器
Cont1,Cont2;Cont1a,Cont2a 制御回路
Cont1b,Cont2b;Cont1d,Cont2d 制御回路
Cont1e,Cont2e;Conta,Contb 制御回路
D1,D2,D3,D4,D5,D11 ダイオード
E 直流入力電源
L インダクタ
Load 直流負荷
Q1,Q2 スイッチング素子(パワーMOSFET)
Q11,Q12 トランジスタ
Q21 MOSFET
SW1,SW2 スイッチ素子
T1 出力トランス
11; 11a, 11b, 11c, 11d, 11e Switching power supply device 12 Delay circuit C0, C1, C2, C4, C11 Capacitor C3 Smoothing capacitor Comp Comparator Cont1, Cont2; Cont1a, Cont2a Control circuit Cont1b, Cont2b; Circuits Cont1e, Cont2e; Conta, Contb Control circuit D1, D2, D3, D4, D5, D11 Diode E DC input power supply L Inductor Load DC load Q1, Q2 Switching element (power MOSFET)
Q11, Q12 Transistor Q21 MOSFET
SW1, SW2 switch element T1 output transformer

Claims (6)

直流入力電源の両端子間に第1および第2のスイッチング素子から成る直列回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記直流入力電源の一方の端子との間に、インダクタ、コンデンサおよびトランスの1次巻線から成る直列回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子のスイッチングにより得られたトランスの2次側誘起電流をダイオードおよび平滑コンデンサによって整流・平滑化して出力し、第1および第2の制御回路が前記トランスの第1および第2の補助巻線に誘起された電圧で前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれON/OFFすることでスイッチングを継続するようにした電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータから成るスイッチング電源装置において、
前記第1および第2の制御回路は、
前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせるための第3および第4のスイッチング素子と、
前記第1および第2の補助巻線に生じる誘起電圧をピークホールドするピークホールド回路と、
前記誘起電圧が前記ピークホールド回路によるホールド電圧より予め定めるレベル以上低下したときに前記第3および第4のスイッチング素子をONして前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせる比較器とを備えて構成されることを特徴とするスイッチング電源装置。
A series circuit composed of first and second switching elements is connected between both terminals of the DC input power supply, and between the connection point of the first and second switching elements and one terminal of the DC input power supply, A series circuit composed of an inductor, a capacitor, and a primary winding of the transformer is connected, and the secondary induced current of the transformer obtained by switching the first and second switching elements is rectified and smoothed by a diode and a smoothing capacitor. And the first and second control circuits turn on and off the first and second switching elements with voltages induced in the first and second auxiliary windings of the transformer, respectively. In a switching power supply device comprising a voltage feedback type self-excited composite resonant series converter that is to be continued,
The first and second control circuits are:
Third and fourth switching elements for turning off the first and second switching elements, respectively;
A peak hold circuit for peak-holding an induced voltage generated in the first and second auxiliary windings;
A comparator that turns on the third and fourth switching elements and turns off the first and second switching elements, respectively, when the induced voltage drops by a predetermined level or more from the hold voltage by the peak hold circuit; A switching power supply device comprising:
前記第3および第4のスイッチング素子は、バイポーラトランジスタから成ることを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。   2. The switching power supply device according to claim 1, wherein the third and fourth switching elements are bipolar transistors. 前記ピークホールド回路は、前記第1および第2の補助巻線に生じる前記第1および第2のスイッチング素子をONする方向の誘起電圧をピークホールドするダイオードとコンデンサとの直列回路から成り、
前記第1および第2の制御回路は、前記比較器が第3および第4のスイッチング素子をONさせた後、前記コンデンサの電荷を放出するためのスイッチ手段をさらに備えることを特徴とする請求項1または2記載のスイッチング電源装置。
The peak hold circuit comprises a series circuit of a diode and a capacitor for peak-holding an induced voltage in a direction to turn on the first and second switching elements generated in the first and second auxiliary windings,
The first and second control circuits further include switch means for discharging the charge of the capacitor after the comparator turns on the third and fourth switching elements. 3. The switching power supply device according to 1 or 2.
前記トランスの第1および第2の補助巻線は、ゲート抵抗を介して前記第1および第2のスイッチング素子に接続されるとともに、前記第1および第2の制御回路のピークホールド回路および比較器に接続されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。   The first and second auxiliary windings of the transformer are connected to the first and second switching elements via a gate resistor, and the peak hold circuit and the comparator of the first and second control circuits The switching power supply device according to claim 1, wherein the switching power supply device is connected to the switching power supply device. 前記比較器は、MOSFETから成ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。   The switching power supply device according to claim 1, wherein the comparator includes a MOSFET. 前記負荷は、LEDであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。   The switching power supply according to claim 1, wherein the load is an LED.
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