JP2009171829A - Insulating-type switching power supply - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an insulating-type switching power supply whose circuit scale is small, and whose switching element can transfer energy from a primary side to a secondary side regardless of ON cycle and OFF cycle. <P>SOLUTION: The system is configured to complementarily perform ON/OFF control a first switching element Q1 and a second switching element Q2, transfer the energy from the primary side to the secondary side with a second primary winding ni and a second secondary winding no in Q1 ON cycle, transfer the energy with a first primary winding np and a first secondary winding ns in Q2 ON cycle, connect the ns and no directly, insert the inductors into the no in series, and allow output current to flow through the inductors. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、トランスの1次−2次間でのエネルギー伝達が行われない期間が実質的に存在しない絶縁型スイッチング電源装置に関するものである。   The present invention relates to an isolated switching power supply apparatus in which there is substantially no period during which energy transfer between primary and secondary of a transformer is not performed.

従来、一般的な絶縁型スイッチング電源装置としては、フォワードコンバータやフライバックコンバータ等が知られている。これらの絶縁型スイッチング電源装置は、いずれも主スイッチ素子がオンしている期間に、トランスまたはインダクタにエネルギーを蓄積して,1次側の主スイッチ素子がオンまたはオフしている間に1次側から2次側にエネルギーを伝送するという動作を行っており、主スイッチのオン/オフのいずれかの期間では、1次側から2次側へのエネルギー伝送が行われない期間が存在する。   Conventionally, forward converters, flyback converters, and the like are known as typical isolated switching power supply devices. Each of these isolated switching power supply devices accumulates energy in the transformer or the inductor during the period when the main switch element is on, and the primary while the primary side main switch element is on or off. The operation of transmitting energy from the side to the secondary side is performed, and there is a period in which energy transmission from the primary side to the secondary side is not performed in any period of ON / OFF of the main switch.

一方で、1次側の主スイッチ素子のオン期間、及びオフ期間の両方において、1次側から2次側へのエネルギー伝送を行う絶縁型スイッチング電源装置として、2個のトランスを持つ2トランス型DC−DCコンバータが知られている。その一例として下記の特許文献1を示す。   On the other hand, a two-transformer type having two transformers as an insulating switching power supply device that performs energy transmission from the primary side to the secondary side in both the on-period and the off-period of the primary-side main switch element A DC-DC converter is known. The following patent document 1 is shown as an example.

下記の特許文献1は、図1に示すように、1次側回路としては、トランスT1の一次コイルW1と、トランスT2の一次コイルW4と、主スイッチQ1とからなる直列回路が、入力直流電源2に対して接続点10及び20において接続されている。   As shown in FIG. 1, the following Patent Document 1 discloses that a primary circuit includes a primary circuit W1 of a transformer T1, a primary coil W4 of a transformer T2, and a main switch Q1. 2 at connection points 10 and 20.

また、トランスT2の一次コイルW4と主スイッチQ1との接続点と、入力直流電源2のマイナス端と主スイッチQ1との接続点20との間に、トランスT2の一次コイルW5と、トランスT1の一次コイルW2と、コンデンサC1とからなる直列回路が接続されている。   Further, between the connection point between the primary coil W4 of the transformer T2 and the main switch Q1, and the connection point 20 between the negative end of the input DC power supply 2 and the main switch Q1, the primary coil W5 of the transformer T2 and the transformer T1 A series circuit composed of a primary coil W2 and a capacitor C1 is connected.

さらに、トランスT2の一次コイルW4と主スイッチ素子Q1との接続点と、トランスT1の一次コイルW2とコンデンサC1との接続点との間に、コンデンサC2と副スイッチ素子Q2とからなる直列回路が接続されている。   Further, a series circuit including a capacitor C2 and a sub switch element Q2 is provided between a connection point between the primary coil W4 of the transformer T2 and the main switch element Q1 and a connection point between the primary coil W2 of the transformer T1 and the capacitor C1. It is connected.

また、2次側回路としては、トランスT1の二次コイルW3と出力スイッチQ4からなる直列回路と、出力スイッチQ3とトランスT2の二次コイルW6からなる直列回路が、互いに並列になるように負荷系3の両端に接続されており、出力スイッチQ3及びQ4が同期整流素子として働くことにより、所謂センタータップ方式の全波整流回路を構成している。また、コンデンサC3が平滑コンデンサとして負荷系3の両端に接続されている。   In addition, as the secondary side circuit, a load is applied so that a series circuit composed of the secondary coil W3 of the transformer T1 and the output switch Q4 and a series circuit composed of the output switch Q3 and the secondary coil W6 of the transformer T2 are parallel to each other. The so-called center tap type full-wave rectifier circuit is configured by connecting the both ends of the system 3 and the output switches Q3 and Q4 acting as synchronous rectifier elements. A capacitor C3 is connected to both ends of the load system 3 as a smoothing capacitor.

このように主スイッチ素子Q1がオンしている期間は、副スイッチ素子Q2はオフになっており、1次側では、トランスT1の一次コイルW1及びトランスT2の一次コイルW4に電流が流れ、2次側では、出力スイッチQ3がオン、Q4がオフとなり、トランスT2の二次コイルW6に電流が流れ、負荷系3に出力電圧が供給される。   In this way, during the period in which the main switch element Q1 is on, the sub switch element Q2 is off, and on the primary side, current flows through the primary coil W1 of the transformer T1 and the primary coil W4 of the transformer T2. On the next side, the output switch Q3 is turned on, Q4 is turned off, a current flows through the secondary coil W6 of the transformer T2, and an output voltage is supplied to the load system 3.

また、主スイッチ素子Q1がオフしている期間は、副スイッチ素子Q2がオンとなり、1次側では、トランスT1の一次コイルW2及びトランスT2の一次コイルW5に電流が流れ、2次側では、出力スイッチQ3がオフ、Q4がオンとなり、トランスT1の二次コイルW3に電流が流れ、負荷系3に出力電圧が供給される。
特開2005−51994号
Further, during the period in which the main switch element Q1 is off, the sub switch element Q2 is on, and on the primary side, current flows through the primary coil W2 of the transformer T1 and the primary coil W5 of the transformer T2, and on the secondary side, The output switch Q3 is turned off, Q4 is turned on, a current flows through the secondary coil W3 of the transformer T1, and an output voltage is supplied to the load system 3.
JP 2005-51994 A

ところが、特許文献1に示されている絶縁型スイッチング電源装置においては、2つのトランスを用いることで、2次側のチョークコイルを不要とすることが出来るという特徴であるため、トランスが必然的に2つ必要となり、回路が大型化するという問題があった。   However, the isolated switching power supply device disclosed in Patent Document 1 is characterized in that the use of two transformers eliminates the need for a secondary side choke coil. Two were required, and there was a problem that the circuit was enlarged.

また、チョークコイルが不要となるという利点は、1次側の主スイッチ素子Q1がオンの間もオフの間も、1次側から2次側にエネルギーを伝送できるという意味では有効だが、2次側のチョークコイルを不要とすると、1次側の主スイッチ素子Q1の、オンとオフの切り換わりの期間にて発生するスイッチングノイズのために出力リップルは大きくなり、平滑用のコンデンサC3が大型化するという問題があった。   The advantage that the choke coil is unnecessary is effective in the sense that energy can be transmitted from the primary side to the secondary side while the primary side main switching element Q1 is on and off, but the secondary side If the side choke coil is not required, the output ripple becomes large due to the switching noise generated during the ON / OFF switching period of the primary side main switching element Q1, and the smoothing capacitor C3 is enlarged. There was a problem to do.

さらに、主スイッチ素子Q1のドレイン−ソース間には入力電圧VinにコンデンサC2の両端電圧を加えた電圧が印加されるため、高耐圧のスイッチ素子が要求され、高耐圧のスイッチ素子は導通時の抵抗成分であるオン抵抗が大きいためにスイッチ素子での導通損は増加する。このため、効率が低下したり、コストが増加するという問題があった。   Further, since a voltage obtained by adding the voltage across the capacitor C2 to the input voltage Vin is applied between the drain and source of the main switch element Q1, a high breakdown voltage switch element is required. Since the on-resistance which is a resistance component is large, the conduction loss in the switch element increases. For this reason, there existed a problem that efficiency fell and cost increased.

そこで、本発明の目的は、上述の問題を解消して、主スイッチ素子のオン/オフ期間に関わらず、トランスの1次側から2次側へエネルギーが伝送でき、更にスイッチ素子の、オンとオフの切り換わりの期間にて発生するスイッチングノイズの発生を抑制すると同時に出力リップルを低減でき、また、低耐圧のスイッチ素子を用いることが出来る絶縁型スイッチング電源装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problem, and can transmit energy from the primary side to the secondary side of the transformer regardless of the on / off period of the main switch element. An object of the present invention is to provide an insulating switching power supply apparatus that can suppress the generation of switching noise that occurs in the off-switching period and can simultaneously reduce output ripple and that can use a low-breakdown-voltage switch element.

この発明は前記課題を解決するために次のように構成する。
(1) 直流入力電圧Viが入力される直流電源入力部と、
一つの磁性部品で構成され、磁気的に結合された第1の1次巻線npと、第1の2次巻線nsと、第2の2次巻線noと、を備えたトランスTと、
前記第1の1次巻線npに直列に接続された第1のインダクタLrと、
前記第1の2次巻線ns及び前記第2の2次巻線noに生じる各々の電流を加算したものを整流する第1の整流素子Dsと、前記第2の2次巻線noに生じる電流を整流する第2の整流素子Dfとからなる整流回路と、
第1のスイッチング素子Q1と、第1のキャパシタC1と、第1のダイオードD1の並列回路からなる第1のスイッチ回路S1と、
第2のスイッチング素子Q2と、第2のキャパシタC2と、第2のダイオードD2の並列回路からなる第2のスイッチ回路S2と、
第3のキャパシタCrと、
前記直流電源入力部の両端に接続され、前記第1の1次巻線npと、前記第1のスイッチ回路S1とが直列に接続された第1の直列回路と、
前記第1のスイッチ回路S1の両端、または前記第1の1次巻線npの両端に接続され、前記第2のスイッチ回路S2と前記第3のコンデンサCrとが直列に接続された第2の直列回路と、を備え、
前記第1のスイッチ回路S1と前記第2のスイッチ回路S2は、共にオフである期間を挟んで互いに相補的にオン/オフを繰り返すように動作するように構成された絶縁型スイッチング電源装置であって、
前記トランスTは、前記第1のスイッチ回路S1と前記第2のスイッチ回路S2の相補的なオン/オフ動作に同期して、前記第1の2次巻線nsまたは前記第2の2次巻線noによって相補的に1次側から2次側にエネルギー伝送が行われるように巻回され、
前記第1の2次巻線nsと前記第2の2次巻線noは、互いに巻線の磁気極性が逆極性であって、
前記第2のインダクタLroを介して2次側に出力電圧Voが出力されるようにしたことを特徴とする。
(2)
直流入力電圧Viが入力される直流電源入力部と、
一つの磁性部品で構成され、磁気的に結合された第1の1次巻線npと第1の2次巻線nsと、第2の1次巻線niと第2の2次巻線noと、を備えたトランスTと、
前記第1の1次巻線npに直列に接続された第1のインダクタンスLrと、
前記第2の1次巻線niに直列に接続された第3のインダクタLriと、
前記第1の2次巻線noに直列に接続された第2のインダクタLroと、
前記第1の2次巻線ns及び前記第2の2次巻線noに生じる各々の電流を加算したものを整流する第1の整流素子Dsと、前記第2の2次巻線noに生じる電流を整流する第2の整流素子Dfとからなる整流回路と、 第1のスイッチング素子Q1と、第1のキャパシタC1と、第1のダイオードD1の並列回路からなる第1のスイッチ回路S1と、
第2のスイッチング素子Q2と、第2のキャパシタC2と、第2のダイオードD2の並列回路からなる第2のスイッチ回路S2と、
第3のキャパシタCrと、
前記直流電源入力部の両端に接続され、前記第1の1次巻線npまたは前記第2の1次巻線niと、前記第1のスイッチ回路S1とが直列に接続された第1の直列回路と、
前記第1のスイッチ回路S1の両端、または前記第1の1次巻線npまたは前記第2の1次巻線niの両端に接続され、前記第2のスイッチ回路S2と前記第3のコンデンサCrとが直列に接続された第2の直列回路と、
前記第1の直列回路に対して並列に接続される第4のキャパシタCeと、を備え、
前記第1のスイッチ回路S1と前記第2のスイッチ回路S2は、共にオフである期間を挟んで互いに相補的にオン/オフを繰り返すように動作するように構成された絶縁型スイッチング電源装置であって、
前記トランスTは、前記第1のスイッチ回路S1と前記第2のスイッチ回路S2の相補的なオン/オフ動作に同期して、前記第1の2次巻線nsまたは前記第2の2次巻線noによって相補的に1次側から2次側にエネルギー伝送が行われるように巻回され、
前記第1の2次巻線nsと前記第2の2次巻線noは、互いに巻線の磁気極性が逆極性であって、
前記第2のインダクタLroを介して2次側に出力電圧Voが出力されるようにしたことを特徴とする。
(3)
前記トランスTを、前記第1の1次巻線np及び前記第1の2次巻線nsとからなる第1のトランスT1と、前記第2の1次巻線ni及び前記第2の2次巻線noとからなる第2のトランスT2とで構成したことを特徴とする。
(4)
前記第1のインダクタLrとして、前記トランスTの1次側漏れ磁束を利用することを特徴とする。
(5)
前記第2のインダクタLroとして、前記トランスTの2次側漏れ磁束を利用したことを特徴とする。
(6)
前記第3のインダクタLriとして、前記トランスTの1次側漏れ磁束を利用したことを特徴とする。
(7)
前記トランスTにおいて、前記第2の2次巻線noに流れる電流により共通磁心に発生する直流磁束を打ち消す方向に、前記第1の1次巻線np、または前記第2の1次巻線niを巻回して、前記第1の2次巻線nsは、前記第2の2次巻線noと磁気極性を逆極性とし、かつ巻数を前記第2の2次巻線noの巻数より大きくしたことを特徴とする。
(8)
前記第1のスイッチ回路S1が導通状態、または前記第2のスイッチ回路S2が導通状態のときに流れる電流の向きに対して、前記第1の1次巻線npと前記第2の1次巻線niは磁気極性を同極性とし、前記第1の2次巻線nsと前記第2の2次巻線noは磁気極性を逆極性としたことを特徴とする。
(9)
前記第1のトランスT1の方が前記第2のトランスT2よりも磁気結合度を小さくしたことを特徴とする。
(10)
前記第1のスイッチ回路S1または前記第2のスイッチ回路S2は電界効果トランジスタであることを特徴とする。
(11)
前記第1のスイッチ回路S1または前記第2のスイッチ回路S2はスイッチ回路両端の電圧が0Vまたは0V付近まで低下してからスイッチング素子がターンオンする動作となるゼロ電圧スイッチング動作にて駆動されることを特徴とする。
(12)
前記整流回路は、前記第1の2次巻線nsによって1次側から2次側にエネルギー伝送が行われる期間において、前記第1の2次巻線nsに流れる電流を整流する第3のダイオードDsと、前記第2の2次巻線noによって1次側から2次側にエネルギー伝送が行われる期間において、前記第2の2次巻線noに流れる電流を整流する第4のダイオードDfとから構成されることを特徴とする。
(13)
前記第3のダイオードDsまたは前記第4のダイオードDfを、電界効果トランジスタに置き換えた同期整流回路で構成したことを特徴とする。
(14)
前記第1の2次巻線nsの巻数と、前記第2の2次巻線noの巻数との巻数比を、
ns:no=2:1
としたことを特徴とする。
(15)
前記トランスTにおいて、少なくとも前記第1の1次巻線npと前記第1の2次巻線nsとの磁気結合度が相対的に大きく、かつ前記第2の2次巻線noと他の巻線との磁気結合度が相対的に小さいことを特徴とする。
(16)
前記第1の1次巻線npと前記第1の2次巻線nsは積層巻きで構成され、前記第1の2次巻線nsと前記第2の2次巻線no、または前記第1の1次巻線npと第2の2次巻線noのうち、少なくとも一方が分割巻きで構成されたことを特徴とする。
(17)
前記トランスTは複数の脚部コアを有し、前記第1の1次巻線npと前記第1の2次巻線nsが同一の脚部コアに巻回され、少なくとも前記第2の2次巻線noは他の脚部コアに巻回されるように構成したことを特徴とする。
(18)
前記第1の1次巻線npと前記第1の2次巻線nsは積層巻きで構成され、前記第1の2次巻線nsと前記第2の2次巻線no、または前記第1の1次巻線npと第2の2次巻線noのうち、少なくとも一方が分割巻きで構成されたことを特徴とする。
(19)
前記第1のスイッチ回路S1及び前記第2のスイッチ回路S2は、PWM制御によって出力電圧Voを安定化するように制御することを特徴とする。
(20)
前記第3のキャパシタCrは、前記第1の1次巻線niと前記第1のスイッチ回路S1との間に接続されたことを特徴とする。
(21)
前記第1のスイッチ回路S1、または前記第2のスイッチ回路S2のいずれか一方は、その時比率(=オン時間/スイッチング周期)をDaとした場合、
0≦Da≦0.5
の範囲でのみ駆動し、他方は、
0.5≦Da≦1
の範囲でのみ駆動することを特徴とする。
(22)
前記電源入力部の入力電圧Viに対する前記出力電圧Voの比率で表される電圧変換率をM(=Vo/Vi)とし、前記第1の1次巻線npと前記第1の2次巻線nsの巻数比をn(=np/ns)とした場合に、
M=D(1−D)/n
で表されることを特徴とする。
The present invention is configured as follows to solve the above-described problems.
(1) a DC power input unit to which a DC input voltage Vi is input;
A transformer T including a first primary winding np, a first secondary winding ns, and a second secondary winding no, which is composed of one magnetic component and is magnetically coupled; ,
A first inductor Lr connected in series to the first primary winding np;
A first rectifying element Ds that rectifies a sum of currents generated in the first secondary winding ns and the second secondary winding no, and generated in the second secondary winding no. A rectifier circuit comprising a second rectifier element Df for rectifying current;
A first switching circuit S1 including a parallel circuit of a first switching element Q1, a first capacitor C1, and a first diode D1,
A second switching circuit S2 composed of a parallel circuit of a second switching element Q2, a second capacitor C2, and a second diode D2,
A third capacitor Cr;
A first series circuit connected to both ends of the DC power supply input unit, wherein the first primary winding np and the first switch circuit S1 are connected in series;
A second switch circuit is connected to both ends of the first switch circuit S1 or both ends of the first primary winding np, and the second switch circuit S2 and the third capacitor Cr are connected in series. A series circuit,
The first switch circuit S1 and the second switch circuit S2 are insulated switching power supply devices configured to operate so as to repeat ON / OFF complementarily with a period in which both are OFF. And
The transformer T is synchronized with complementary ON / OFF operations of the first switch circuit S1 and the second switch circuit S2, and the first secondary winding ns or the second secondary winding. The wire no is complementarily wound so that energy transfer is performed from the primary side to the secondary side in a complementary manner,
In the first secondary winding ns and the second secondary winding no, the magnetic polarities of the windings are opposite to each other,
The output voltage Vo is output to the secondary side via the second inductor Lro.
(2)
A DC power supply input unit to which a DC input voltage Vi is input;
The first primary winding np, the first secondary winding ns, the second primary winding ni, and the second secondary winding no, which are composed of one magnetic component and are magnetically coupled. And a transformer T comprising:
A first inductance Lr connected in series to the first primary winding np;
A third inductor Lri connected in series to the second primary winding ni;
A second inductor Lro connected in series to the first secondary winding no;
A first rectifying element Ds that rectifies a sum of currents generated in the first secondary winding ns and the second secondary winding no, and generated in the second secondary winding no. A rectifier circuit comprising a second rectifier element Df for rectifying current, a first switching element Q1, a first capacitor C1, and a first switch circuit S1 comprising a parallel circuit of a first diode D1,
A second switching circuit S2 composed of a parallel circuit of a second switching element Q2, a second capacitor C2, and a second diode D2,
A third capacitor Cr;
A first series connected to both ends of the DC power supply input unit, wherein the first primary winding np or the second primary winding ni and the first switch circuit S1 are connected in series. Circuit,
The second switch circuit S2 and the third capacitor Cr are connected to both ends of the first switch circuit S1, or both ends of the first primary winding np or the second primary winding ni. A second series circuit connected in series;
A fourth capacitor Ce connected in parallel to the first series circuit,
The first switch circuit S1 and the second switch circuit S2 are insulated switching power supply devices configured to operate so as to repeat ON / OFF complementarily with a period in which both are OFF. And
The transformer T is synchronized with complementary ON / OFF operations of the first switch circuit S1 and the second switch circuit S2, and the first secondary winding ns or the second secondary winding. The wire no is complementarily wound so that energy transfer is performed from the primary side to the secondary side in a complementary manner,
In the first secondary winding ns and the second secondary winding no, the magnetic polarities of the windings are opposite to each other,
The output voltage Vo is output to the secondary side via the second inductor Lro.
(3)
The transformer T includes a first transformer T1 composed of the first primary winding np and the first secondary winding ns, the second primary winding ni and the second secondary. It is characterized by comprising a second transformer T2 composed of a winding no.
(4)
A primary leakage magnetic flux of the transformer T is used as the first inductor Lr.
(5)
As the second inductor Lro, a secondary leakage magnetic flux of the transformer T is used.
(6)
As the third inductor Lri, a primary leakage magnetic flux of the transformer T is used.
(7)
In the transformer T, the first primary winding np or the second primary winding ni is arranged in a direction to cancel the DC magnetic flux generated in the common magnetic core due to the current flowing through the second secondary winding no. The first secondary winding ns has a magnetic polarity opposite to that of the second secondary winding no, and the number of turns is larger than the number of turns of the second secondary winding no. It is characterized by that.
(8)
The first primary winding np and the second primary winding with respect to the direction of the current that flows when the first switch circuit S1 is conductive or the second switch circuit S2 is conductive. The line ni has the same magnetic polarity, and the first secondary winding ns and the second secondary winding no have opposite magnetic polarities.
(9)
The first transformer T1 is characterized in that the degree of magnetic coupling is smaller than that of the second transformer T2.
(10)
The first switch circuit S1 or the second switch circuit S2 is a field effect transistor.
(11)
The first switch circuit S1 or the second switch circuit S2 is driven by a zero voltage switching operation in which the switching element is turned on after the voltage across the switch circuit is reduced to 0V or near 0V. Features.
(12)
The rectifier circuit includes a third diode that rectifies a current flowing through the first secondary winding ns during a period in which energy transfer is performed from the primary side to the secondary side by the first secondary winding ns. Ds and a fourth diode Df for rectifying a current flowing through the second secondary winding no in a period in which energy transfer is performed from the primary side to the secondary side by the second secondary winding no It is comprised from these.
(13)
The third diode Ds or the fourth diode Df is constituted by a synchronous rectifier circuit in which a field effect transistor is replaced.
(14)
A turns ratio between the number of turns of the first secondary winding ns and the number of turns of the second secondary winding no.
ns: no = 2: 1
It is characterized by that.
(15)
In the transformer T, the magnetic coupling degree between at least the first primary winding np and the first secondary winding ns is relatively large, and the second secondary winding no and other windings The magnetic coupling degree with the line is relatively small.
(16)
The first primary winding np and the first secondary winding ns are composed of laminated windings, and the first secondary winding ns and the second secondary winding no, or the first secondary winding ns Of the primary winding np and the second secondary winding no, at least one of the primary winding np and the second secondary winding no is configured by split winding.
(17)
The transformer T has a plurality of leg cores, and the first primary winding np and the first secondary winding ns are wound around the same leg core, and at least the second secondary winding The winding no is configured to be wound around another leg core.
(18)
The first primary winding np and the first secondary winding ns are composed of laminated windings, and the first secondary winding ns and the second secondary winding no, or the first secondary winding ns Of the primary winding np and the second secondary winding no, at least one of the primary winding np and the second secondary winding no is configured by split winding.
(19)
The first switch circuit S1 and the second switch circuit S2 are controlled to stabilize the output voltage Vo by PWM control.
(20)
The third capacitor Cr is connected between the first primary winding ni and the first switch circuit S1.
(21)
When one of the first switch circuit S1 and the second switch circuit S2 has a time ratio (= on time / switching cycle) as Da,
0 ≦ Da ≦ 0.5
Drive only in the range of
0.5 ≦ Da ≦ 1
It is characterized by being driven only in the range.
(22)
The voltage conversion rate represented by the ratio of the output voltage Vo to the input voltage Vi of the power supply input unit is M (= Vo / Vi), and the first primary winding np and the first secondary winding When the turn ratio of ns is n (= np / ns),
M = D (1-D) / n
It is represented by.

この発明によれば、
(a)スイッチング素子がオン期間及びオフ期間のどちらであっても、1次側から2次側にエネルギー伝送ができ、電力変換効率に優れる。
(b)漏洩磁束型トランスで構成した1つの複合型トランスを用いることで、回路動作上必要な全てのインダクタンス素子を、トランスの漏れ磁束で代替させることができ、回路規模全体の大幅な小型化が可能となる。
(c)1次側から2次側へのエネルギー伝送において、インダクタンス素子にエネルギーを蓄積させることがなく、トランスの小型化が可能となる。
(d)重負荷時においてもトランスの最大磁束密度を十分に低減できるため、従来と比較して磁気飽和などに対して余裕をもってトランスを設計することができるため、トランスの小型軽量化が可能となる。
(e)一方の1次巻線niと2次巻線noとの磁気結合から他方の1次巻線npと2次巻線nsとの磁気結合にエネルギー伝送経路が切り換わる際の電流変動を抑制するためのフィルタインダクタを1次側及び2次側に有しているため、出力のリップルノイズを大幅に低減でき、平滑用キャパシタを小型化できる。
(f)出力側のフィルタインダクタLroをトランスの漏れ磁束で代替させるため、部品点数を削減でき、回路規模を大幅に小型化できる。
(g)第1のスイッチング素子Q1の動作電圧が入力電圧と同じ電圧まで下げられるので、スイッチング素子に低耐圧の半導体部品を用いることができ、低オン抵抗であるため、スイッチング損失の低減も見込め、低コスト、高効率化が実現できる。
(h)第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2をゼロ電圧スイッチング(ZVS)駆動させることで、スイッチング損失をさらに低減することができ、高効率化を図ることができる。
(i)ゼロ電圧スイッチング(ZVS)駆動に必要な、1次側のインダクタンス素子をトランスの漏れ磁束で代替することで、部品点数を削減でき、回路規模を大幅に小型化できる。
(j)スイッチング素子Q2が電圧クランプ回路として機能するため、スイッチング素子Q1に対してスイッチングサージ電圧が印加されることを防ぐことができるので、スイッチング素子に低耐圧の半導体部品を用いることができ、低オン抵抗の素子を用いることで導通損失を低減でき、高効率化が実現できる。
といった効果を奏し、回路規模を簡素にでき、かつ高効率な絶縁型スイッチング電源装置を構成することができる。
According to this invention,
(A) Regardless of whether the switching element is in the on period or the off period, energy can be transmitted from the primary side to the secondary side, and the power conversion efficiency is excellent.
(B) By using one composite transformer composed of a leakage flux transformer, all the inductance elements required for circuit operation can be replaced by the leakage flux of the transformer, and the entire circuit scale can be greatly reduced. Is possible.
(C) In energy transmission from the primary side to the secondary side, energy is not accumulated in the inductance element, and the transformer can be miniaturized.
(D) Since the maximum magnetic flux density of the transformer can be sufficiently reduced even under heavy loads, the transformer can be designed with a margin against magnetic saturation, etc., compared to the conventional case, so that the transformer can be reduced in size and weight. Become.
(E) Current fluctuation when the energy transmission path is switched from magnetic coupling between one primary winding ni and secondary winding no to magnetic coupling between the other primary winding np and secondary winding ns. Since filter inductors for suppression are provided on the primary side and the secondary side, output ripple noise can be greatly reduced, and the smoothing capacitor can be reduced in size.
(F) Since the filter inductor Lro on the output side is replaced with the leakage flux of the transformer, the number of parts can be reduced and the circuit scale can be greatly reduced.
(G) Since the operating voltage of the first switching element Q1 is lowered to the same voltage as the input voltage, it is possible to use a low breakdown voltage semiconductor component for the switching element, and since the on-resistance is low, the switching loss can be reduced. Low cost and high efficiency can be realized.
(H) By driving the first switching element Q1 and the second switching element Q2 with zero voltage switching (ZVS), switching loss can be further reduced, and high efficiency can be achieved.
(I) By replacing the primary-side inductance element necessary for zero voltage switching (ZVS) drive with a leakage flux of the transformer, the number of parts can be reduced, and the circuit scale can be greatly reduced.
(J) Since the switching element Q2 functions as a voltage clamp circuit, it is possible to prevent a switching surge voltage from being applied to the switching element Q1, and thus a low-voltage semiconductor component can be used for the switching element. By using a low on-resistance element, conduction loss can be reduced and high efficiency can be realized.
Thus, the circuit scale can be simplified and a highly efficient isolated switching power supply device can be configured.

《第1の実施形態》
図2は第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。
<< First Embodiment >>
FIG. 2 is a circuit diagram of the isolated switching power supply device according to the first embodiment.

図2に示すように、この絶縁型スイッチング電源装置は、直流電圧Viが供給される電源入力部の+側端子及び−側端子に対して、第1のインダクタLriと複合型トランスTの第2の1次巻線niと第3のキャパシタCrと第1のスイッチ回路S1とからなる直列回路が接続され、複合型トランスTの第2の1次巻線niと第3のキャパシタCrとの接続点と、電源入力部の−側端子との間に、複合型トランスTの第1の1次巻線npと第2のインダクタLrと第4のキャパシタCeとからなる直列回路が接続され、第3のキャパシタCrと第1のスイッチ回路S1との接続点と、第2のインダクタLrと第4のキャパシタCeとの接続点との間に、第2のスイッチ回路S2が接続されている。   As shown in FIG. 2, the insulated switching power supply device includes a first inductor Lri and a second of the composite transformer T with respect to the + side terminal and the − side terminal of the power input unit to which the DC voltage Vi is supplied. A series circuit composed of the primary winding ni, the third capacitor Cr, and the first switch circuit S1 is connected, and the second primary winding ni of the composite transformer T and the third capacitor Cr are connected. A series circuit composed of the first primary winding np of the composite transformer T, the second inductor Lr, and the fourth capacitor Ce is connected between the point and the negative terminal of the power input unit. The second switch circuit S2 is connected between the connection point of the third capacitor Cr and the first switch circuit S1 and the connection point of the second inductor Lr and the fourth capacitor Ce.

なお、第1のスイッチ回路S1と第2のスイッチ回路S2は、両方が同時にオンするとショートしてしまうため、必要最小限のデッドタイムを挟んで互いに相補的にオン/オフ動作をするように構成される。   The first switch circuit S1 and the second switch circuit S2 are short-circuited when both are turned on at the same time. Therefore, the first switch circuit S1 and the second switch circuit S2 are configured to be complementarily turned on / off with a minimum dead time. Is done.

前記第1のスイッチ回路S1は、第1のスイッチング素子Q1、第1のダイオードD1、および第1のキャパシタC1の並列接続回路で構成されていて、前記第2のスイッチ回路S2は、第2のスイッチング素子Q2、第2のダイオードD2、および第2のキャパシタC2の並列接続回路で構成されている。   The first switch circuit S1 includes a parallel connection circuit of a first switching element Q1, a first diode D1, and a first capacitor C1, and the second switch circuit S2 includes a second switch circuit S2. A switching circuit Q2, a second diode D2, and a second capacitor C2 are connected in parallel.

この第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2をMOSFET等の電界効果トランジスタで構成することによって、その寄生ダイオードを第1のダイオードD1及び第2のダイオードD2、寄生キャパシタを第1のキャパシタC1及び第2のキャパシタC2として利用することが可能である。このことによってこれらの個別部品としての実装を省略することができ、部品点数が削減できる。   By configuring the first switching element Q1 and the second switching element Q2 with field effect transistors such as MOSFETs, the parasitic diodes are the first diode D1 and the second diode D2, and the parasitic capacitor is the first capacitor. It can be used as C1 and the second capacitor C2. As a result, the mounting as these individual components can be omitted, and the number of components can be reduced.

また、複合型トランスTの2次側には、第1の1次巻線と主に結合する第1の2次巻線nsと、第2の1次巻線niと主に結合する第2の2次巻線noが設けられており、第1の1次巻線npと第2の1次巻線nsは逆極性、第2の1次巻線niと第2の2次巻線noは同極性となるように巻回されている。   Further, on the secondary side of the composite transformer T, a first secondary winding ns mainly coupled to the first primary winding, and a second mainly coupled to the second primary winding ni. Secondary winding no, the first primary winding np and the second primary winding ns are of opposite polarity, the second primary winding ni and the second secondary winding no Are wound to have the same polarity.

複合型トランスTの、第1の2次巻線nsの一端には第3のダイオードDsのアノードが接続され、第1の2次巻線nsの他端には第4のダイオードDfのアノードが接続され、第4のダイオードDfのカソードは、第3のダイオードDsのカソードと接続される。また、第2の2次巻線noの一端は第3のダイオードDsのカソードと第4のダイオードDfのカソードとの接続点に接続され、第2の2次巻線noの他端は、第3のインダクタLroの一端に接続される。第3のインダクタLroの他端は、負荷Roの一端に接続され、負荷Roの他端は第1の2次巻線nsの他端に接続される。また、負荷Roの両端には平滑用の第5のキャパシタCoが並列に接続されている。   In the composite transformer T, the anode of the third diode Ds is connected to one end of the first secondary winding ns, and the anode of the fourth diode Df is connected to the other end of the first secondary winding ns. The cathode of the fourth diode Df is connected to the cathode of the third diode Ds. One end of the second secondary winding no is connected to a connection point between the cathode of the third diode Ds and the cathode of the fourth diode Df, and the other end of the second secondary winding no is 3 is connected to one end of the inductor Lro. The other end of the third inductor Lro is connected to one end of the load Ro, and the other end of the load Ro is connected to the other end of the first secondary winding ns. A smoothing fifth capacitor Co is connected in parallel to both ends of the load Ro.

このような構成により、複合型トランスTにおける第1の1次巻線np及び第1の2次巻線nsは、第1のスイッチング素子Q1がオフ、かつ第2のスイッチング素子Q2がオンの期間において出力に電力を送るフライバック方式として動作するように巻線の極性が設定され、第2の1次巻線ni及び第2の2次巻線noは、第1のスイッチング素子Q1がオン、かつ第2のスイッチング素子Q2がオフの期間において出力に電力を送るフォワード方式として動作するように巻線の極性が設定されるので、第1のスイッチング素子Q1がオン、かつ第2のスイッチング素子Q2がオフである期間中は、第2の2次巻線noに電圧が誘起されて第4のダイオードDfがオンし、第3のインダクタLroを介して出力電流を流して負荷Roに直流出力電圧が供給される。   With such a configuration, the first primary winding np and the first secondary winding ns in the composite transformer T are periods in which the first switching element Q1 is off and the second switching element Q2 is on. The polarity of the winding is set so as to operate as a flyback system that sends power to the output at the second primary winding ni and the second secondary winding no, the first switching element Q1 is on, In addition, since the polarity of the winding is set so as to operate as a forward system that sends power to the output during the period in which the second switching element Q2 is off, the first switching element Q1 is on and the second switching element Q2 Is off, a voltage is induced in the second secondary winding no, the fourth diode Df is turned on, an output current is passed through the third inductor Lro, and a direct current is applied to the load Ro. The power voltage is supplied.

また、第1のスイッチング素子Q1がオフ、かつ第2のスイッチング素子Q2がオンである期間中は、第1の2次巻線nsに電圧が誘起されて第3のダイオードDsがオンし、第3のインダクタLroを介して出力電流を流して負荷Roに直流出力電圧が供給される。   In addition, during the period in which the first switching element Q1 is off and the second switching element Q2 is on, a voltage is induced in the first secondary winding ns and the third diode Ds is turned on. The DC output voltage is supplied to the load Ro by flowing an output current through the inductor Lro.

このように複合型トランスTにて、第1のスイッチ回路S1のオン期間、またはオフ期間のいずれにおいても、1次側から2次側へのエネルギー伝送が実現できるため、必要最低限のデッドタイムを除いて、実質的にスイッチング周期の全領域に渡って1次側から2次側へのエネルギー伝送が可能となる。更に伝送経路が切り換わる短い期間であるデッドタイム期間においては、トランスの漏れ磁束で構成できるフィルタインダクタLroにて、電流変動を抑制できるため出力のリップルノイズを大幅に低減でき、平滑用の第5のキャパシタCoを小型化できる。   In this way, in the composite transformer T, energy transmission from the primary side to the secondary side can be realized in either the on period or the off period of the first switch circuit S1, so that the minimum dead time is necessary. Except for, energy transmission from the primary side to the secondary side is possible over substantially the entire region of the switching period. Further, in the dead time period, which is a short period during which the transmission path is switched, the current fluctuation can be suppressed by the filter inductor Lro which can be constituted by the leakage flux of the transformer, so that the output ripple noise can be greatly reduced, and the fifth smoothing The capacitor Co can be reduced in size.

図18は図2に示した絶縁型スイッチング電源装置の回路各部の波形図である。以下、図2および図12を参照して回路動作を説明する。図18において、vgs1、vgs2はそれぞれスイッチング素子Q1、Q2のゲート−ソース間電圧であり、実質的にスイッチング素子Q1、Q2のオン・オフを表す波形である。また、vds1、vds2はそれぞれスイッチング素子Q1、Q2のドレイン−ソース間電圧であり、実質的にキャパシタC1、C2の両端電圧波形である。さらに、id1、id2、ii、ip、iLはそれぞれスイッチ回路S1、S2、第2の1次巻線ni、第1の1次巻線np、第3のインダクタLroに流れる電流の電流波形である。   FIG. 18 is a waveform diagram of each part of the circuit of the isolated switching power supply device shown in FIG. The circuit operation will be described below with reference to FIGS. In FIG. 18, vgs1 and vgs2 are the gate-source voltages of the switching elements Q1 and Q2, respectively, and are waveforms substantially representing the on / off of the switching elements Q1 and Q2. Further, vds1 and vds2 are drain-source voltages of the switching elements Q1 and Q2, respectively, and are substantially voltage waveforms across the capacitors C1 and C2. Further, id1, id2, ii, ip, and iL are current waveforms of currents flowing through the switch circuits S1, S2, the second primary winding ni, the first primary winding np, and the third inductor Lro, respectively. .

この絶縁型スイッチング電源装置の定格動作における動作は、1スイッチング周期Tsにおいて時刻t1〜t7の6つの動作状態に分けることができる。以下に各状態に分けて回路動作について説明する。   The operation in the rated operation of the insulated switching power supply device can be divided into six operation states from time t1 to time t7 in one switching cycle Ts. The circuit operation will be described below for each state.

(1)状態1 state1 [t1〜t2]
初めに第2のスイッチング素子Q2がターンオフした後、第1のスイッチング素子Q1のドレイン−ソース間電圧Vds1がゼロ電圧近傍になると、第1のダイオードD1がターンオンする。このタイミングで、第1のスイッチング素子Q1をターンオンさせ、ゼロ電圧スイッチング(ZVS)動作を行う。
(1) State 1 state1 [t1 to t2]
First, after the second switching element Q2 is turned off, the first diode D1 is turned on when the drain-source voltage Vds1 of the first switching element Q1 approaches zero voltage. At this timing, the first switching element Q1 is turned on, and a zero voltage switching (ZVS) operation is performed.

(2)状態2 state2 [t2〜t3]
第1のスイッチング素子Q1がターンオンされることにより、第1の1次巻線np及び第2の1次巻線niには電流が流れ、第1のスイッチング素子Q1に流れる電流id1及び第1の1次巻線npに流れる電流ipは1次関数的に増大する。この時、第1の1次巻線npと主に磁気的に結合している第1の2次巻線nsはフライバックコンバータとして動作し、第2の1次巻線niと主に磁気的に結合している第2の2次巻線noは、フォワードコンバータとして動作するため、複合型トランスTの2次側においては、第2の2次巻線noにのみ電流が流れるため、第3のダイオードDsはターンオフし、第4のダイオードDfがターンオンしている。よって複合型トランスTの2次側に流れる電流は、第4のダイオードDf→第1の2次巻線no→第3のインダクタLro→負荷Roという順番で流れる。
(2) State 2 state2 [t2 to t3]
When the first switching element Q1 is turned on, a current flows through the first primary winding np and the second primary winding ni, and the current id1 and the first current flowing through the first switching element Q1 The current ip flowing through the primary winding np increases in a linear function. At this time, the first secondary winding ns mainly magnetically coupled to the first primary winding np operates as a flyback converter, and is mainly magnetically coupled to the second primary winding ni. Since the second secondary winding no that is coupled to is operated as a forward converter, current flows only through the second secondary winding no on the secondary side of the composite transformer T. The diode Ds is turned off, and the fourth diode Df is turned on. Therefore, the current flowing on the secondary side of the composite transformer T flows in the order of the fourth diode Df → the first secondary winding no → the third inductor Lro → the load Ro.

(3)状態3 state3 [t3〜t4]
第1のスイッチング素子Q1がターンオフすると、第1のインダクタLri及び第2のインダクタLrに蓄積されたエネルギーによって、第1のキャパシタC1が充電され、それに伴い第1のスイッチング素子Q1のドレイン−ソース間電圧Vds1は上昇する。また、同時に第2のキャパシタC2は放電され、それに伴い第2のスイッチング素子Q2のドレイン−ソース間電圧Vds2は降下する。
(3) State 3 state3 [t3 to t4]
When the first switching element Q1 is turned off, the energy stored in the first inductor Lri and the second inductor Lr charges the first capacitor C1, and accordingly, between the drain and source of the first switching element Q1. The voltage Vds1 increases. At the same time, the second capacitor C2 is discharged, and accordingly, the drain-source voltage Vds2 of the second switching element Q2 drops.

(4)状態4 state4 [t4〜t5]
第2のスイッチング素子Q2のドレイン−ソース間電圧Vds2がゼロ電圧近傍になると、第2のダイオードD2がターンオンする。このタイミングで、第2のスイッチング素子Q2をターンオンさせ、ゼロ電圧スイッチング(ZVS)動作を行う。
(4) State 4 state4 [t4 to t5]
When the drain-source voltage Vds2 of the second switching element Q2 becomes close to zero voltage, the second diode D2 is turned on. At this timing, the second switching element Q2 is turned on, and a zero voltage switching (ZVS) operation is performed.

(5)状態5 state5 [t5〜t6]
第2のスイッチング素子Q2がターンオンされることにより、第1の1次巻線np及び第2の1次巻線niは[状態2]の時とは逆方向に励磁され、第2の1次巻線niには電流が流れず、第1の1次巻線npは[状態2]の時とは逆方向に1次関数的に増大する。また、第2のスイッチング素子Q2に流れる電流id2も1次関数的に増大する。この時、第1の1次巻線npと主に磁気的に結合している第1の2次巻線nsはフライバックコンバータとして動作し、第2の1次巻線niと主に磁気的に結合している第2の2次巻線noは、フォワードコンバータとして動作するため、複合型トランスTの2次側においては、第1の2次巻線nsにのみ電流が流れるため、第3のダイオードDsがターンオンし、第4のダイオードDfはターンオフしている。よって複合型トランスTの2次側に流れる電流は、第1の2次巻線ns→第3のダイオードDs→第2の2次巻線no→第3のインダクタLro→負荷Roという順番で流れる。
(5) State 5 state5 [t5 to t6]
When the second switching element Q2 is turned on, the first primary winding np and the second primary winding ni are excited in the direction opposite to that in [State 2], and the second primary winding np is excited. No current flows through the winding ni, and the first primary winding np increases in a linear function in the opposite direction to that in [State 2]. Further, the current id2 flowing through the second switching element Q2 also increases in a linear function. At this time, the first secondary winding ns mainly magnetically coupled to the first primary winding np operates as a flyback converter, and is mainly magnetically coupled to the second primary winding ni. Since the second secondary winding no coupled to the No. 2 operates as a forward converter, current flows only through the first secondary winding ns on the secondary side of the composite transformer T. The diode Ds is turned on, and the fourth diode Df is turned off. Therefore, the current flowing on the secondary side of the composite transformer T flows in the order of the first secondary winding ns → the third diode Ds → the second secondary winding no → the third inductor Lro → the load Ro. .

(6)状態6 state6 [t6〜t7]
第2のスイッチング素子Q2がターンオフすると、第2のインダクタLrに蓄積されたエネルギーによって、第2のキャパシタC2が充電され、それに伴い第2のスイッチング素子Q2のドレイン−ソース間電圧Vds2は上昇する。また、同時に第1のキャパシタC1は放電され、それに伴い第1のスイッチング素子Q1のドレイン−ソース間電圧Vds1は降下する。この後、[状態1]の動作に戻る。
(6) State 6 state6 [t6 to t7]
When the second switching element Q2 is turned off, the energy stored in the second inductor Lr charges the second capacitor C2, and accordingly, the drain-source voltage Vds2 of the second switching element Q2 increases. At the same time, the first capacitor C1 is discharged, and accordingly, the drain-source voltage Vds1 of the first switching element Q1 drops. Thereafter, the operation returns to [State 1].

第1のスイッチング素子Q1、及び第2のスイッチング素子Q2のオン/オフタイミングは、例えば、出力電圧を検出するための出力電圧検出回路等を有し、予め決められた電圧を超えたことをフォトカプラ等の絶縁帰還手段を用いてフィードバックし、それに基づいてオン/オフ制御が行われる。   The on / off timing of the first switching element Q1 and the second switching element Q2 has, for example, an output voltage detection circuit for detecting the output voltage, and a photo that exceeds a predetermined voltage is detected. Feedback is performed using an insulating feedback means such as a coupler, and on / off control is performed based on the feedback.

また、そのオン/オフ制御としてPWM(パルス幅変調)制御を用いた場合、スイッチング周波数は一定となるので、スイッチング動作にともなって発生するEMIノイズ等の周波数成分も一定の周波数に集中するために、ノイズ対策が取りやすいという利点がある。   In addition, when PWM (pulse width modulation) control is used as the on / off control, the switching frequency is constant, so that frequency components such as EMI noise generated by the switching operation are also concentrated on the constant frequency. There is an advantage that it is easy to take measures against noise.

但し、本発明では、PWM制御に限らず、PAM(パルス振幅変調)制御やPFM(パルス周波数変調)等の各種制御方法やこれらを組み合わせた制御方式を用いることも可能である。   However, in the present invention, not only PWM control but also various control methods such as PAM (pulse amplitude modulation) control and PFM (pulse frequency modulation), and a control method combining them can be used.

図19は、第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置に用いられる複合型トランスTの外観図である。   FIG. 19 is an external view of a composite transformer T used in the insulating switching power supply device according to the first embodiment.

図19に示されているように、第1の1次巻線npと主に磁気的に結合する第1の2次巻線nsと、第2の1次巻線niと主に磁気的に結合する第2の2次巻線noとが、1つの複合型トランスとして構成されている。また、第1の2次巻線noは他の各巻線との磁気結合度が最も小さく、漏れ磁束が大きくなるように巻回されている。具体的には、図19や図21等に示すように、複合型トランスTは複数の脚部コアを有し、第1の1次巻線npと第1の2次巻線nsは同一の脚部コアに巻回され、少なくとも第2の2次巻線noは他の脚部コアに巻回するようにしている。また、第1の1次巻線npと第1の2次巻線nsを積層巻きで構成し、第2の2次巻線noをそれらに対して分割巻きで構成してもよい。これは第2のインダクタンスLroを複合型トランスTの漏れ磁束で代替する場合に、インダクタンス値を大きくとるための構成である。   As shown in FIG. 19, the first secondary winding ns mainly magnetically coupled to the first primary winding np, and the second primary winding ni mainly mainly magnetically. The second secondary winding no to be coupled is configured as one composite transformer. The first secondary winding no is wound so that the degree of magnetic coupling with the other windings is the smallest and the leakage flux is increased. Specifically, as shown in FIGS. 19 and 21, the composite transformer T has a plurality of leg cores, and the first primary winding np and the first secondary winding ns are the same. It is wound around the leg core, and at least the second secondary winding no is wound around the other leg core. Alternatively, the first primary winding np and the first secondary winding ns may be configured by laminated winding, and the second secondary winding no may be configured by split winding with respect to them. This is a configuration for increasing the inductance value when the second inductance Lro is replaced by the leakage flux of the composite transformer T.

また、1つの複合型トランスTのうち、第1の2次巻線nsに誘起される電圧をVo1、第2の2次巻線noに誘起される電圧をVo2、負荷Roに出力される電圧をVoとすると、第1の2次巻線nsと第2の2次巻線noの巻数比が、ns:no=2:1の場合、
第1のスイッチング素子Q1がオン、かつ第2のスイッチング素子Q2がオフの時、出力電圧Voは、
Vo=Vo2
となり、第1のスイッチング素子Q1がオフ、かつ第2のスイッチング素子Q2がオンの時、出力電圧Voは、
Vo=Vo1−Vo2=2Vo2−Vo2=Vo2
となって、出力電圧Voのリップル成分をなくすことができる。
In one composite transformer T, the voltage induced in the first secondary winding ns is Vo1, the voltage induced in the second secondary winding no is Vo2, and the voltage output to the load Ro. Is Vo, when the turns ratio of the first secondary winding ns and the second secondary winding no is ns: no = 2: 1,
When the first switching element Q1 is on and the second switching element Q2 is off, the output voltage Vo is
Vo = Vo2
When the first switching element Q1 is off and the second switching element Q2 is on, the output voltage Vo is
Vo = Vo1-Vo2 = 2Vo2-Vo2 = Vo2
Thus, the ripple component of the output voltage Vo can be eliminated.

また、ns:no=1:1とした場合、
第1のスイッチング素子Q1がオン、かつ第2のスイッチング素子Q2がオフの時に複合型トランスTのコアに生じる磁束の大きさと、第1のスイッチング素子Q1がオフ、かつ第2のスイッチング素子Q2がオンの時に複合型トランスTのコアに生じる磁束の大きさが等しくなり、トランスのコアが最も磁気飽和しにくくなるため、複合型トランスの設計に余裕度を持たせることができる。
When ns: no = 1: 1,
The magnitude of magnetic flux generated in the core of the composite transformer T when the first switching element Q1 is on and the second switching element Q2 is off, the first switching element Q1 is off, and the second switching element Q2 is Since the magnitude of the magnetic flux generated in the core of the composite transformer T becomes equal when it is on, and the core of the transformer is most difficult to be magnetically saturated, a margin can be given to the design of the composite transformer.

図19に示されたような、漏れ磁束を意図的に生じさせるように、磁気結合度が小さい箇所を設けたトランスを漏洩磁束型トランスと呼ぶ。こうした漏洩磁束型トランスの構造としては、例えば図19〜図26に示したようなバリエーションが考えられる。いずれも、第2の2次巻線noと、その他の巻線との磁気結合度を小さくし、かつ第1の1次巻線np及び第1の2次巻線nsの磁気結合度を大きくしたような構造となっている。コア構造は図示したように、「EE型コア」、「EI型コア」、「ER型コア」、「ERI型コア」、「LL型コア」、「UU型コア」等が考えられる。   A transformer provided with a portion having a small degree of magnetic coupling so as to intentionally generate a leakage magnetic flux as shown in FIG. 19 is called a leakage magnetic flux type transformer. As the structure of such a leakage flux type transformer, for example, variations as shown in FIGS. 19 to 26 are conceivable. In either case, the degree of magnetic coupling between the second secondary winding no and the other windings is reduced, and the degree of magnetic coupling between the first primary winding np and the first secondary winding ns is increased. It has a structure like that. As illustrated, the core structure may be “EE type core”, “EI type core”, “ER type core”, “ERI type core”, “LL type core”, “UU type core”, or the like.

さらに、第1の実施形態において、複合型トランスTの、第1の1次巻線npと第2の1次巻線niの巻数を等しくした場合において、例えばスイッチング素子の時比率(=オン時間/スイッチング周期)をDaとし、第1の1次巻線npと第1の2次巻線nsの巻数比をnとした場合、電圧変換率M(=Vo/Vi)は、第3のキャパシタCrの両端電圧をVCr、第4のキャパシタCeの両端電圧をVCe、スイッチング素子のオン時間をTon、オフ時間をToffとした場合、Vi=VCe、D=Ton/(Ton+Toff)であるから、
(Vi−VCr)×Ton=−(Vi−VCe−VCr)×Toff
という式が成り立つ。これを解くと、
VCr=D×Viとなる。
また、同時に
Vo={(no/ni)×(Vi−VCr)×D+((no−ns)/np)×(−VCr)×(1−D)}×Vi
という式が成り立つ。ni=npであるから、これを解くと、
M=Da×(1−Da)/n
となる。よって、電圧変換率Mは、Da=0.5をピークとした放物線状の特性曲線を描くため、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2は、Da=0.5を境界点にして対称動作が可能となる。すなわち、一方のスイッチング素子は
0≦Da≦0.5
の範囲で動作し、他方のスイッチング素子は
0.5≦Da≦1
の範囲で動作する。こうすることで、スイッチング素子の導通損を分散させることができ、放熱構造の小型化、ひいてはスイッチング電源装置の小型化が実現できる。
Further, in the first embodiment, when the number of turns of the first primary winding np and the second primary winding ni of the composite transformer T is made equal, for example, the time ratio of the switching element (= on time) / Switching cycle) is Da, and the turns ratio of the first primary winding np and the first secondary winding ns is n, the voltage conversion rate M (= Vo / Vi) is the third capacitor When the voltage at both ends of Cr is VCr, the voltage at both ends of the fourth capacitor Ce is VCe, the on time of the switching element is Ton, and the off time is Toff, Vi = VCe and D = Ton / (Ton + Toff).
(Vi−VCr) × Ton = − (Vi−VCe−VCr) × Toff
The following equation holds. Solving this,
VCr = D × Vi.
At the same time, Vo = {(no / ni) × (Vi−VCr) × D + ((no−ns) / np) × (−VCr) × (1−D)} × Vi
The following equation holds. Since ni = np, when solving this,
M = Da * (1-Da) / n
It becomes. Therefore, since the voltage conversion rate M draws a parabolic characteristic curve with a peak at Da = 0.5, the first switching element Q1 and the second switching element Q2 have Da = 0.5 as a boundary point. Symmetrical operation is possible. That is, one switching element has 0 ≦ Da ≦ 0.5.
The other switching element operates in the range of 0.5 ≦ Da ≦ 1.
Operates in the range. By doing so, it is possible to disperse the conduction loss of the switching element, and it is possible to reduce the size of the heat dissipation structure and hence the switching power supply device.

この第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は次のとおりである。   The effects of the configuration of the insulated switching power supply device according to the first embodiment are as follows.

(a)スイッチング素子がオン期間及びオフ期間のどちらであっても、1次側から2次側にエネルギー伝送ができ、電力変換効率に優れる。   (A) Regardless of whether the switching element is in the on period or the off period, energy can be transmitted from the primary side to the secondary side, and the power conversion efficiency is excellent.

(b)漏洩磁束型トランスで構成した1つの複合型トランスを用いることで、回路動作上必要な全てのインダクタンス素子を、トランスの漏れ磁束で代替させることができ、回路規模全体の大幅な小型化が可能となる。   (B) By using one composite transformer composed of a leakage flux transformer, all the inductance elements required for circuit operation can be replaced by the leakage flux of the transformer, and the entire circuit scale can be greatly reduced. Is possible.

(c)1次側から2次側へのエネルギー伝送において、インダクタンス素子にエネルギーを蓄積させることがなく、トランスの小型化が可能となる。   (C) In energy transmission from the primary side to the secondary side, energy is not accumulated in the inductance element, and the transformer can be miniaturized.

(d)重負荷時においてもトランスの最大磁束密度を十分に低減できるため、従来と比較して磁気飽和などに対して余裕をもってトランスを設計することができるため、トランスの小型軽量化が可能となる。   (D) Since the maximum magnetic flux density of the transformer can be sufficiently reduced even under heavy loads, the transformer can be designed with a margin against magnetic saturation, etc., compared to the conventional case, so that the transformer can be reduced in size and weight. Become.

(e)一方の1次巻線niと2次巻線noとの磁気結合から他方の1次巻線npと2次巻線nsとの磁気結合にエネルギー伝送経路が切り換わる際の電流変動を抑制するためのフィルタインダクタを1次側及び2次側に有しているため、出力のリップルノイズを低減でき、平滑用キャパシタを小型化できる。   (E) Current fluctuation when the energy transmission path is switched from magnetic coupling between one primary winding ni and secondary winding no to magnetic coupling between the other primary winding np and secondary winding ns. Since filter inductors for suppression are provided on the primary side and the secondary side, output ripple noise can be reduced, and the smoothing capacitor can be reduced in size.

(f)出力側のフィルタインダクタLroをトランスの漏れ磁束で代替させるため、部品点数を削減でき、回路規模を大幅に小型化できる。   (F) Since the filter inductor Lro on the output side is replaced with the leakage flux of the transformer, the number of parts can be reduced and the circuit scale can be greatly reduced.

(g)第1のスイッチング素子Q1の動作電圧が入力電圧と同じ電圧まで下げられるので、スイッチング素子に低耐圧の半導体部品を用いることができ、低オン抵抗であるため、スイッチング損失の低減も見込め、低コスト、高効率化が実現できる。   (G) Since the operating voltage of the first switching element Q1 is lowered to the same voltage as the input voltage, it is possible to use a low breakdown voltage semiconductor component for the switching element, and since the on-resistance is low, the switching loss can be reduced. Low cost and high efficiency can be realized.

(h)第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2をゼロ電圧スイッチング(ZVS)駆動させることで、スイッチング損失をさらに低減することができ、高効率化を図ることができる。   (H) By driving the first switching element Q1 and the second switching element Q2 with zero voltage switching (ZVS), switching loss can be further reduced, and high efficiency can be achieved.

(i)ゼロ電圧スイッチング(ZVS)駆動に必要な、1次側のインダクタンス素子をトランスの漏れ磁束で代替することで、部品点数を削減でき、大幅にを小型化できる。   (I) By substituting the primary side inductance element necessary for zero voltage switching (ZVS) drive with the leakage flux of the transformer, the number of parts can be reduced and the size can be greatly reduced.

(j)スイッチング素子Q2が電圧クランプ回路として機能するため、スイッチング素子Q1に対してスイッチングサージ電圧が印加されることを防ぐことができるので、スイッチング素子に低耐圧の半導体部品を用いることができ、低オン抵抗の素子を用いることで導通損失を低減でき、高効率化が実現できる。   (J) Since the switching element Q2 functions as a voltage clamp circuit, it is possible to prevent a switching surge voltage from being applied to the switching element Q1, and thus a low-voltage semiconductor component can be used for the switching element. By using a low on-resistance element, conduction loss can be reduced and high efficiency can be realized.

なお、第1の実施形態においては、第1の1次巻線npと、第1の2次巻線nsとを逆極性として構成し、第2の1次巻線niと、第2の2次巻線noとを同極性として構成しているが、第1の1次巻線npと第1の2次巻線nsとを同極性、第2の1次巻線niと第2の2次巻線noとを逆極性となるように巻回してもよい。
《第2の実施形態》
図3は第2の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。図2に示した回路と異なるのは、第3のダイオードDsの接続位置である。すなわち図3では、第3のダイオードは、第4のダイオードDfとアノード同士が接続されている。その他の構成は図2に示したものと同様である。
In the first embodiment, the first primary winding np and the first secondary winding ns are configured to have opposite polarities, and the second primary winding ni and the second 2 Although the secondary winding no is configured to have the same polarity, the first primary winding np and the first secondary winding ns have the same polarity, the second primary winding ni and the second 2 The next winding no may be wound so as to have a reverse polarity.
<< Second Embodiment >>
FIG. 3 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the second embodiment. What is different from the circuit shown in FIG. 2 is the connection position of the third diode Ds. That is, in FIG. 3, the third diode has the fourth diode Df and the anode connected to each other. Other configurations are the same as those shown in FIG.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

この第2の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。

《第3の実施形態》
図4は第3の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。図2に示した回路と異なるのは、第1の1次巻線npと第1の2次巻線nsがフォワード方式として動作し、第2の1次巻線niと第2の2次巻線noがフライバック方式として動作する点である。すなわち図4では、第1のスイッチング素子Q1がオン、第2のスイッチング素子Q2がオフの間は、第1の2次巻線nsに電圧が誘起されて第3のダイオードDsがオンし、第3のインダクタLroを介して出力電流を流して負荷Roに直流出力電圧が供給される。
また、第1のスイッチング素子Q1がオフ、第2のスイッチング素子Q2がオンの間は、第2の2次巻線noに電圧が誘起されて第4のダイオードDfがオンし、第3のインダクタLroを介して出力電流を流して負荷Roに直流出力電圧が供給される。その他の構成は図2に示したものと同様である。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the second embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), and (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (g), (h), (i), and (j).

<< Third Embodiment >>
FIG. 4 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the third embodiment. 2 is different from the circuit shown in FIG. 2 in that the first primary winding np and the first secondary winding ns operate as a forward system, and the second primary winding ni and the second secondary winding. The line no operates in a flyback manner. That is, in FIG. 4, while the first switching element Q1 is on and the second switching element Q2 is off, a voltage is induced in the first secondary winding ns and the third diode Ds is turned on. The DC output voltage is supplied to the load Ro by flowing an output current through the inductor Lro.
Further, while the first switching element Q1 is off and the second switching element Q2 is on, a voltage is induced in the second secondary winding no and the fourth diode Df is turned on, and the third inductor A direct current output voltage is supplied to the load Ro by passing an output current through Lro. Other configurations are the same as those shown in FIG.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

この第3の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第4の実施形態》
図5は第4の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図であり、第1の実施形態から、第2の1次巻線ni及び第2の2次巻線noを省いて構成した例である。第1の実施形態において、第1のスイッチ回路S1がオンしている期間における伝送エネルギーと、第2のスイッチ回路S2がオンしている期間における伝送エネルギーを等しくするためには、第1の1次巻線npと第2の1次巻線niの巻数は等しくする必要がある。すなわち、第1のスイッチ回路S1がオンしている期間には第2の1次巻線niに電流が流れ、第2のスイッチ回路S2がオンしている期間には第1の1次巻線npに電流が流れるのであるから、第2の1次巻線niを省略し、第1の1次巻線npのみでトランスTを駆動させることが可能となる。その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the third embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), and (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (g), (h), (i), and (j).
<< Fourth Embodiment >>
FIG. 5 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the fourth embodiment, which is configured by omitting the second primary winding ni and the second secondary winding no from the first embodiment. It is an example. In the first embodiment, in order to make the transmission energy in the period in which the first switch circuit S1 is on equal to the transmission energy in the period in which the second switch circuit S2 is on, the first 1 The number of turns of the secondary winding np and the second primary winding ni needs to be equal. That is, a current flows through the second primary winding ni while the first switch circuit S1 is on, and the first primary winding when the second switch circuit S2 is on. Since a current flows through np, the second primary winding ni can be omitted, and the transformer T can be driven only by the first primary winding np. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.

第4の実施形態は、第1の実施形態に比べると、トランスTにおいて第2の1次巻線niが不要となるので、より小型化することができる。   Compared with the first embodiment, the fourth embodiment does not require the second primary winding ni in the transformer T, and can be further downsized.

この第2の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(f)、(g)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第5の実施形態》
図6は第5の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図であり、第1の実施形態における第1の1次巻線npと第1の2次巻線nsとで第1のトランスT1を構成し、第2の1次巻線niと第2の2次巻線noとで第2のトランスT2を構成した例である。その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the second embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), (f) among the effects mentioned in the first embodiment. , (G), (h), (i), (j).
<< Fifth Embodiment >>
FIG. 6 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the fifth embodiment. The first transformer is composed of the first primary winding np and the first secondary winding ns in the first embodiment. This is an example in which the second transformer T2 is configured by the second primary winding ni and the second secondary winding no, which constitutes T1. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.

第5の実施形態は、第1の実施形態に比べると、トランスが2つに分離されている分、小型化の面では不利であるが、第1のトランスT1と第2のトランスT2は、1つ1つは小型であり、実装面において配置場所の自由度を広げることができる。   Compared to the first embodiment, the fifth embodiment is disadvantageous in terms of miniaturization because the transformer is separated into two, but the first transformer T1 and the second transformer T2 are Each one is small in size, and the degree of freedom of arrangement location can be expanded on the mounting surface.

この第5の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第6の実施形態》
図7は第6の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。図6に示した回路と異なるのは、2次側の第3のダイオードDsを第6のキャパシタCsに置き換えた点である。図6において、第1のスイッチング素子Q1がオン、第2のスイッチング素子Q2がオフの際には、第3のダイオードDsはオフであり、第1のスイッチング素子Q1がオフ、第2のスイッチング素子Q2がオンの際には、第3のダイオードDsはオンとなる。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the fifth embodiment are the effects (a), (c), (d), (e), and (f) among the effects mentioned in the first embodiment. , (G), (h), (i), (j).
<< Sixth Embodiment >>
FIG. 7 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the sixth embodiment. A difference from the circuit shown in FIG. 6 is that the third diode Ds on the secondary side is replaced with a sixth capacitor Cs. In FIG. 6, when the first switching element Q1 is on and the second switching element Q2 is off, the third diode Ds is off, the first switching element Q1 is off, and the second switching element When Q2 is on, the third diode Ds is on.

これに対して図7における回路は、所謂倍電圧整流回路を構成しており、第1のスイッチング素子Q1がオン、第2のスイッチング素子Q2がオフの際には、第6のキャパシタCsには電荷がチャージされ、第1のスイッチング素子Q1がオフ、第2のスイッチング素子Q2がオンの際には、第1の2次巻線nsには図4における実施形態に比べて倍の電圧が出力される。その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。   On the other hand, the circuit in FIG. 7 constitutes a so-called voltage doubler rectifier circuit. When the first switching element Q1 is on and the second switching element Q2 is off, the sixth capacitor Cs has When the charge is charged, the first switching element Q1 is off, and the second switching element Q2 is on, the first secondary winding ns outputs a voltage twice that of the embodiment in FIG. Is done. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.

第6の実施形態は、第1の実施形態に比べて、第3のダイオードDsが存在しないため、負荷電流が大きい場合、その順方向電圧降下による損失をなくすことができ、高効率化が図れるという利点がある。   Compared to the first embodiment, the sixth embodiment has no third diode Ds. Therefore, when the load current is large, the loss due to the forward voltage drop can be eliminated and the efficiency can be improved. There is an advantage.

また、第6の実施形態においては、特に複合型トランスTのうち、第1の2次巻線nsと第2の2次巻線noとの巻数比を、
ns:no=1:1
とすることが好ましい。この場合、第1の2次巻線nsに誘起される電圧をVo1、第2の2次巻線noに誘起される電圧をVo2、負荷Roに出力される電圧をVoとすると、第1のスイッチング素子Q1がオン、かつ第2のスイッチング素子Q2がオフの時、出力電圧Voは、
Vo=Vo2
となり、第1のスイッチング素子Q1がオフ、かつ第2のスイッチング素子Q2がオンの時、第6のキャパシタCs及び第4のダイオードDfからなる倍圧整流回路が構成されているため、出力電圧Voは、
Vo=2Vo1−Vo2=2Vo2−Vo2=Vo2
となり、出力電圧Voのリップル電圧をなくし、かつ複合型トランスTのコアが最も磁気飽和しにくい構成にすることができる。
In the sixth embodiment, the turn ratio between the first secondary winding ns and the second secondary winding no in the composite transformer T is
ns: no = 1: 1
It is preferable that In this case, when the voltage induced in the first secondary winding ns is Vo1, the voltage induced in the second secondary winding no is Vo2, and the voltage output to the load Ro is Vo, the first When the switching element Q1 is on and the second switching element Q2 is off, the output voltage Vo is
Vo = Vo2
Thus, when the first switching element Q1 is off and the second switching element Q2 is on, a voltage doubler rectifier circuit including the sixth capacitor Cs and the fourth diode Df is formed, and therefore the output voltage Vo Is
Vo = 2Vo1-Vo2 = 2Vo2-Vo2 = Vo2
Thus, the ripple voltage of the output voltage Vo can be eliminated, and the core of the composite transformer T can be most hardly magnetically saturated.

この第6の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第7の実施形態》
図8は第7の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。図6に示した回路と異なるのは、第3のキャパシタCrの接続位置である。すなわち図8では、第3のキャパシタCrは、第1の1次巻線npと第2の1次巻線niとの間に接続されている。その他の構成は図6に示したものと同様である。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the sixth embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), and (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (g), (h), (i), and (j).
<< Seventh Embodiment >>
FIG. 8 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the seventh embodiment. What is different from the circuit shown in FIG. 6 is the connection position of the third capacitor Cr. That is, in FIG. 8, the third capacitor Cr is connected between the first primary winding np and the second primary winding ni. Other configurations are the same as those shown in FIG.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

この第7の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第8の実施形態》
図9は第8の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。図7に示した回路と異なるのは、第1のキャパシタCrの接続位置である。すなわち図9では、第3のキャパシタCrは、第2のインダクタLrと第4のキャパシタCeとの接続点と、第2のスイッチ素子S2との間に接続されている。その他の構成は図7に示したものと同様である。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply device according to the seventh embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (h), (i), (j).
<< Eighth Embodiment >>
FIG. 9 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the eighth embodiment. What is different from the circuit shown in FIG. 7 is the connection position of the first capacitor Cr. That is, in FIG. 9, the third capacitor Cr is connected between the connection point between the second inductor Lr and the fourth capacitor Ce and the second switch element S2. Other configurations are the same as those shown in FIG.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

第8の実施形態は、第1の実施形態に比べて、第3のダイオードDsが存在しないため、負荷電流が大きい場合、その順方向電圧降下による損失をなくすことができ、高効率化が図れるという利点がある。   Since the eighth embodiment does not have the third diode Ds as compared with the first embodiment, when the load current is large, the loss due to the forward voltage drop can be eliminated and the efficiency can be improved. There is an advantage.

また、第8の実施形態においては、特に複合型トランスTのうち、第1の2次巻線nsと第2の2次巻線noとの巻数比を、
ns:no=1:1
とすることが好ましい。理由は第6の実施形態で示したのと同様である。
In the eighth embodiment, in particular, in the composite transformer T, the turns ratio of the first secondary winding ns and the second secondary winding no is
ns: no = 1: 1
It is preferable that The reason is the same as that shown in the sixth embodiment.

この第8の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第9の実施形態》
図10は第9の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the eighth embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), and (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (h), (i), (j).
<< Ninth embodiment >>
FIG. 10 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the ninth embodiment.

図10に示す絶縁型スイッチング電源装置は、第8の実施形態である図10に示す絶縁型スイッチング電源装置から、第4の実施形態同様に、第2の1次巻線niを省略し、第1の1次巻線npのみでトランスTを駆動させるように構成したものである。その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。   In the insulated switching power supply device shown in FIG. 10, the second primary winding ni is omitted from the insulated switching power supply device shown in FIG. 10, which is the eighth embodiment, as in the fourth embodiment. The transformer T is driven by only one primary winding np. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

この第9の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第10の実施形態》
図11は第10の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the ninth embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), and (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (h), (i), (j).
<< Tenth Embodiment >>
FIG. 11 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the tenth embodiment.

図11に示す絶縁型スイッチング電源装置は、直流電圧Viが供給される電源入力部の+側端子及び−側端子に対して、第1のインダクタLriと複合型トランスTの第2の1次巻線niと第1のスイッチ回路S1とからなる直列回路が接続され、複合型トランスTの第1の1次巻線niと第1のスイッチ回路S1との接続点と、電源入力部の−側端子との間に、複合型トランスTの第1の1次巻線npと第2のインダクタLrと第4のキャパシタCeとからなる直列回路と、第2のスイッチ回路S2と第3のキャパシタCrとからなる直列回路が、互いに並列に接続されている。その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。   The insulated switching power supply device shown in FIG. 11 has the first inductor Lri and the second primary winding of the composite transformer T with respect to the + side terminal and the − side terminal of the power input unit to which the DC voltage Vi is supplied. A series circuit composed of the line ni and the first switch circuit S1 is connected, the connection point between the first primary winding ni of the composite transformer T and the first switch circuit S1, and the negative side of the power input section A series circuit composed of the first primary winding np of the composite transformer T, the second inductor Lr, and the fourth capacitor Ce, and the second switch circuit S2 and the third capacitor Cr between the terminals. Are connected in parallel to each other. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

この第10の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第11の実施形態》
図12は第11の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the tenth embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), and (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (h), (i), (j).
<< Eleventh Embodiment >>
FIG. 12 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the eleventh embodiment.

図12に示す絶縁型スイッチング電源装置は、第10の実施形態である図11に示す絶縁型スイッチング電源装置から、第4の実施形態同様に、第2の1次巻線niを省略し、第1の1次巻線npのみでトランスTを駆動させるように構成したものである。その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。   The insulated switching power supply device shown in FIG. 12 omits the second primary winding ni from the insulated switching power supply device shown in FIG. 11 which is the tenth embodiment, as in the fourth embodiment. The transformer T is driven by only one primary winding np. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

この第11の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第12の実施形態》
図13は第12の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。図13に示す絶縁型スイッチング電源装置は、図8に示した第7の実施形態における、第3のキャパシタCrを第7のキャパシタCr1と第8のキャパシタCr2に分けた構成となっている。すなわち、直流電圧Viが供給される電源入力部の+側端子及び−側端子に対して、第1のインダクタLriと複合型トランスTの第2の1次巻線niと第1のスイッチ回路S1とからなる直列回路が接続され、複合型トランスTの第2の1次巻線niと第1のスイッチ回路S1との接続点と、電源入力部の−側端子との間に、複合型トランスTの第1の1次巻線npと第2のインダクタLrと第7のキャパシタCr1と第4のキャパシタCeとからなる直列回路と、第7のキャパシタCr1と第4のキャパシタCeとの接続点と、第2の1次巻線niと第1のスイッチ素子S1との接続点との間に、第2のスイッチ素子S2が接続され、第2のインダクタンスLrと第7のキャパシタCr1との接続点と、電源入力部の−側端子との間に、第8のキャパシタCr2が接続されている。その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the eleventh embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), and (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (h), (i), (j).
<< Twelfth Embodiment >>
FIG. 13 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the twelfth embodiment. The insulated switching power supply device shown in FIG. 13 has a configuration in which the third capacitor Cr in the seventh embodiment shown in FIG. 8 is divided into a seventh capacitor Cr1 and an eighth capacitor Cr2. That is, the first inductor Lri, the second primary winding ni of the composite transformer T, and the first switch circuit S1 with respect to the + side terminal and the − side terminal of the power supply input unit to which the DC voltage Vi is supplied. Is connected between the connection point of the second primary winding ni of the composite transformer T and the first switch circuit S1 and the negative side terminal of the power input section. A series circuit including a first primary winding np of T, a second inductor Lr, a seventh capacitor Cr1, and a fourth capacitor Ce, and a connection point between the seventh capacitor Cr1 and the fourth capacitor Ce And the second switch element S2 is connected between the second primary winding ni and the connection point of the first switch element S1, and the connection between the second inductance Lr and the seventh capacitor Cr1. Between the point and the negative terminal of the power input section, 8 of the capacitor Cr2 is connected. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

この第12の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第13の実施形態》
図14は第13の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the twelfth embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), and (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (h), (i), (j).
<< Thirteenth embodiment >>
FIG. 14 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the thirteenth embodiment.

図14に示す絶縁型スイッチング電源装置は、第1の実施形態に対して、第3のダイオードDs及び第4のダイオードDfを、第3のスイッチング素子Q3、第5のダイオードD3、および第9のキャパシタC3の並列接続回路で構成された第3のスイッチ回路S3と、第4のスイッチング素子Q4、第6のダイオードD4、および第10のキャパシタC4の並列接続回路で構成された第4のスイッチ回路S4に置換し、同期整流回路を構成した点が相違する。第3のスイッチ回路S3及び第4のスイッチ回路S4としては、電界効果トランジスタで構成することが好ましい。その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。   The isolated switching power supply device shown in FIG. 14 includes a third diode Ds and a fourth diode Df, a third switching element Q3, a fifth diode D3, and a ninth diode compared to the first embodiment. Third switch circuit S3 configured by a parallel connection circuit of capacitor C3, and fourth switch circuit configured by a parallel connection circuit of fourth switching element Q4, sixth diode D4, and tenth capacitor C4 The difference is that a synchronous rectifier circuit is configured by replacing S4. The third switch circuit S3 and the fourth switch circuit S4 are preferably composed of field effect transistors. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

この第13の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第14の実施形態》
図15は第14の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the thirteenth embodiment are as follows: (a), (b), (c), (d), (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (g), (h), (i), and (j).
<< Fourteenth embodiment >>
FIG. 15 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the fourteenth embodiment.

図15に示す絶縁型スイッチング電源装置は、第1の実施形態に対して、第1の2次巻線nsを、第3の2次巻線ns1、及び第4の2次巻線ns2で構成し、第3のダイオードDs、第4のダイオードDfと共に、センタータップ方式の全波整流回路を構成した点で相違する。その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。   In the insulated switching power supply device shown in FIG. 15, the first secondary winding ns is composed of a third secondary winding ns1 and a fourth secondary winding ns2 in the first embodiment. However, the third and second diodes Ds and Df are different from each other in that a center tap type full-wave rectifier circuit is configured. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

この第14の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第15の実施形態》
図16は第15の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the fourteenth embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), and (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (g), (h), (i), and (j).
<< 15th Embodiment >>
FIG. 16 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the fifteenth embodiment.

図16に示す絶縁型スイッチング電源装置は、その1次側回路については第9の実施形態である図10に示す絶縁型スイッチング電源装置と同一であり、2次側回路において、第2の2次巻線noが、第5の2次巻線no1、第6の2次巻線no2とからなり、第5の2次巻線no1と第6の2次巻線no2は、それぞれの一端が第1の2次巻線nsの両端に接続され、各々が第4のインダクタLro1、第5のインダクタLro2を介して他端が互いに接続され、かつ負荷Roの一端に接続される。   The insulation type switching power supply device shown in FIG. 16 is the same as the insulation type switching power supply device shown in FIG. 10 which is the ninth embodiment in the primary side circuit. The winding no is composed of a fifth secondary winding no1 and a sixth secondary winding no2. Each of the fifth secondary winding no1 and the sixth secondary winding no2 has one end at the first end. 1 is connected to both ends of one secondary winding ns, and the other ends are connected to each other via a fourth inductor Lro1 and a fifth inductor Lro2, and are connected to one end of a load Ro.

また、第1の2次巻線nsの両端はそれぞれ第5のダイオードD1と第6のダイオードD6を介して接続され、その接続点は負荷Roの他端に接続されている。   Further, both ends of the first secondary winding ns are connected via a fifth diode D1 and a sixth diode D6, respectively, and the connection point is connected to the other end of the load Ro.

こうした接続によって、2次側回路は所謂カレントダブラ(倍電流整流)回路を構成している。その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。   By such connection, the secondary side circuit constitutes a so-called current doubler (double current rectification) circuit. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

この第15の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。
《第16の実施形態》
図17は第16の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。
The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the fifteenth embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), and (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (h), (i), (j).
<< Sixteenth Embodiment >>
FIG. 17 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to the sixteenth embodiment.

図17に示す絶縁型スイッチング電源装置は、その2次側回路については第15の実施形態である図16に示す絶縁型スイッチング電源装置と同一であり、その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。   The insulation type switching power supply device shown in FIG. 17 is the same as the insulation type switching power supply device shown in FIG. 16 which is the fifteenth embodiment with respect to the secondary side circuit, and the other points are the first embodiment. Since it is the same as that, the description is omitted.

このような構成であっても第1の実施形態の場合と同様の作用効果を奏する。   Even if it is such a structure, there exists an effect similar to the case of 1st Embodiment.

この第16の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の構成による効果は、第1の実施形態で挙げた効果のうち、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、(i)、(j)の効果を有する。   The effects of the configuration of the insulated switching power supply according to the sixteenth embodiment are the effects (a), (b), (c), (d), and (e) among the effects mentioned in the first embodiment. , (F), (h), (i), (j).

特許文献1に示されている絶縁型スイッチング電源装置の回路図で ある。FIG. 11 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device disclosed in Patent Document 1. 第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。1 is a circuit diagram of an insulated switching power supply device according to a first embodiment. 第2の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 2nd embodiment. 第3の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 3rd embodiment. 第4の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 4th embodiment. 第5の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 5th embodiment. 第6の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 6th embodiment. 第7の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 7th embodiment. 第8の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning an 8th embodiment. 第9の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図であ る。FIG. 10 is a circuit diagram of an isolated switching power supply device according to a ninth embodiment. 第10の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図で ある。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 10th embodiment. 第11の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図で ある。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning an 11th embodiment. 第12の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図で ある。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 12th embodiment. 第13の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図で ある。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 13th embodiment. 第14の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図で ある。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 14th embodiment. 第15の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図で ある。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 15th embodiment. 第16の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の回路図で ある。It is a circuit diagram of the insulation type switching power supply device concerning a 16th embodiment. 第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置の波形図であ る。FIG. 2 is a waveform diagram of the isolated switching power supply device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置に用いるトラ ンスの構造例である。2 is a structural example of a transformer used in the insulated switching power supply device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置に用いるトラ ンスの他の構造例である。6 is another structural example of a transformer used in the insulated switching power supply device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置に用いるトラ ンスの他の構造例である。6 is another structural example of a transformer used in the insulated switching power supply device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置に用いるトラ ンスの他の構造例である。6 is another structural example of a transformer used in the insulated switching power supply device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置に用いるトラ ンスの他の構造例である。6 is another structural example of a transformer used in the insulated switching power supply device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置に用いるトラ ンスの他の構造例である。6 is another structural example of a transformer used in the insulated switching power supply device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置に用いるトラ ンスの他の構造例である。6 is another structural example of a transformer used in the insulated switching power supply device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置に用いるトラ ンスの他の構造例である。6 is another structural example of a transformer used in the insulated switching power supply device according to the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

T−複合型トランス
T1−第1のトランス
T2−第2のトランス
np−第1の1次巻線
ni−第2の1次巻線
ns−第1の2次巻線
no−第2の2次巻線
ns1−第3の2次巻線
ns2−第4の2次巻線
no1−第5の2次巻線
no2−第6の2次巻線
Lri−第1のインダクタ
Lr−第2のインダクタ
Lro−第3のインダクタ
Lro1−第4のインダクタ
Lro2−第5のインダクタ
C1−第1のキャパシタ
C2−第2のキャパシタ
Cr−第3のキャパシタ
Ce−第4のキャパシタ
Co−第5のキャパシタ
Cs−第6のキャパシタ
Cr1−第7のキャパシタ
Cr2−第8のキャパシタ
C3−第9のキャパシタ
C4−第10のキャパシタ
D1−第1のダイオード
D2−第2のダイオード
Ds−第3のダイオード
Df−第4のダイオード
D3−第5のダイオード
D4−第6のダイオード
D5−第7のダイオード
D6−第8のダイオード
Q1−第1のスイッチング素子
Q2−第2のスイッチング素子
Q3−第3のスイッチング素子
Q4−第4のスイッチング素子
S1−第1のスイッチ回路
S2−第2のスイッチ回路
S3−第3のスイッチ回路
S4−第4のスイッチ回路
Ro−負荷
Vo−出力電圧
Vi−電源入力部の入力電圧
Da−スイッチング素子の時比率
M−電圧変換率
Ton−スイッチング素子のオン時間
Toff−スイッチング素子のオフ時間
Vcr−第3のキャパシタの両端電圧
VCe−第4のキャパシタの両端電圧
T-complex transformer T1-first transformer T2-second transformer np-first primary winding ni-secondary primary winding ns-first secondary winding no-second 2 Secondary winding ns1-third secondary winding ns2-fourth secondary winding no1-fifth secondary winding no2-sixth secondary winding Lri-first inductor Lr-second Inductor Lro-third inductor Lro1-fourth inductor Lro2-fifth inductor C1-first capacitor C2-second capacitor Cr-third capacitor Ce-fourth capacitor Co-fifth capacitor Cs -6th capacitor Cr1- 7th capacitor Cr2- 8th capacitor C3- 9th capacitor C4- 10th capacitor D1- 1st diode D2- 2nd diode Ds- 3rd diode Df- 4 diode D3-fifth diode D4-sixth diode D5-seventh diode D6-eighth diode Q1-first switching element Q2-second switching element Q3-third switching element Q4- 4th switching element S1- 1st switch circuit S2- 2nd switch circuit S3- 3rd switch circuit S4- 4th switch circuit Ro- load Vo- output voltage Vi- input voltage of power supply input part Da- Time ratio of switching element M-voltage conversion ratio Ton-on time of switching element Toff-off time of switching element Vcr-voltage across third capacitor VCe-voltage across fourth capacitor

Claims (22)

直流入力電圧Viが入力される直流電源入力部と、
一つの磁性部品で構成され、磁気的に結合された第1の1次巻線npと、第1の2次巻線nsと、第2の2次巻線noと、を備えたトランスTと、
前記第1の1次巻線npに直列に接続された第1のインダクタLrと、
前記第1の2次巻線ns及び前記第2の2次巻線noに生じる各々の電圧を加算したものを整流する第1の整流素子Dsと、前記第2の2次巻線noに生じる電圧を整流する第2の整流素子Dfとからなる整流回路と、
第1のスイッチング素子Q1と、第1のキャパシタC1と、第1のダイオードD1の並列回路からなる第1のスイッチ回路S1と、
第2のスイッチング素子Q2と、第2のキャパシタC2と、第2のダイオードD2の並列回路からなる第2のスイッチ回路S2と、
第3のキャパシタCrと、
前記直流電源入力部の両端に接続され、前記第1の1次巻線npと、前記第1のスイッチ回路S1とが直列に接続された第1の直列回路と、
前記第1のスイッチ回路S1の両端、または前記第1の1次巻線npの両端に接続され、前記第2のスイッチ回路S2と前記第3のコンデンサCrとが直列に接続された第2の直列回路と、を備え、
前記第1のスイッチ回路S1と前記第2のスイッチ回路S2は、共にオフである期間を挟んで互いに相補的にオン/オフを繰り返すように動作するように構成された絶縁型スイッチング電源装置であって、
前記トランスTは、前記第1のスイッチ回路S1と前記第2のスイッチ回路S2の相補的なオン/オフ動作に同期して、前記第1の2次巻線nsまたは前記第2の2次巻線noによって相補的に1次側から2次側にエネルギー伝送が行われるように巻回され、
前記第1の2次巻線nsと前記第2の2次巻線noは、互いに巻線の磁気極性が逆極性であって、
前記第2のインダクタLroを介して2次側に出力電圧Voが出力されるようにしたことを特徴とする絶縁型スイッチング電源装置。
A DC power supply input unit to which a DC input voltage Vi is input;
A transformer T including a first primary winding np, a first secondary winding ns, and a second secondary winding no, which is composed of one magnetic component and is magnetically coupled; ,
A first inductor Lr connected in series to the first primary winding np;
A first rectifying element Ds that rectifies a sum of voltages generated in the first secondary winding ns and the second secondary winding no, and generated in the second secondary winding no. A rectifier circuit comprising a second rectifier element Df for rectifying the voltage;
A first switching circuit S1 including a parallel circuit of a first switching element Q1, a first capacitor C1, and a first diode D1,
A second switching circuit S2 composed of a parallel circuit of a second switching element Q2, a second capacitor C2, and a second diode D2,
A third capacitor Cr;
A first series circuit connected to both ends of the DC power supply input unit, wherein the first primary winding np and the first switch circuit S1 are connected in series;
A second switch circuit is connected to both ends of the first switch circuit S1 or both ends of the first primary winding np, and the second switch circuit S2 and the third capacitor Cr are connected in series. A series circuit,
The first switch circuit S1 and the second switch circuit S2 are insulated switching power supply devices configured to operate so as to repeat ON / OFF complementarily with a period in which both are OFF. And
The transformer T is synchronized with complementary ON / OFF operations of the first switch circuit S1 and the second switch circuit S2, and the first secondary winding ns or the second secondary winding. The wire no is complementarily wound so that energy transfer is performed from the primary side to the secondary side in a complementary manner,
In the first secondary winding ns and the second secondary winding no, the magnetic polarities of the windings are opposite to each other,
An isolated switching power supply device characterized in that an output voltage Vo is output to the secondary side via the second inductor Lro.
直流入力電圧Viが入力される直流電源入力部と、
一つの磁性部品で構成され、磁気的に結合された第1の1次巻線npと第1の2次巻線nsと、第2の1次巻線niと第2の2次巻線noと、を備えたトランスTと、
前記第1の1次巻線npに直列に接続された第1のインダクタンスLrと、
前記第2の1次巻線niに直列に接続された第3のインダクタLriと、
前記第1の2次巻線noに直列に接続された第2のインダクタLroと、
前記第1の2次巻線ns及び前記第2の2次巻線noに生じる各々の電圧を加算したものを整流する第1の整流素子Dsと、前記第2の2次巻線noに生じる電圧を整流する第2の整流素子Dfとからなる整流回路と、 第1のスイッチング素子Q1と、第1のキャパシタC1と、第1のダイオードD1の並列回路からなる第1のスイッチ回路S1と、
第2のスイッチング素子Q2と、第2のキャパシタC2と、第2のダイオードD2の並列回路からなる第2のスイッチ回路S2と、
第3のキャパシタCrと、
前記直流電源入力部の両端に接続され、前記第1の1次巻線npまたは前記第2の1次巻線niと、前記第1のスイッチ回路S1とが直列に接続された第1の直列回路と、
前記第1のスイッチ回路S1の両端、または前記第1の1次巻線npまたは前記第2の1次巻線niの両端に接続され、前記第2のスイッチ回路S2と前記第3のコンデンサCrとが直列に接続された第2の直列回路と、
前記第1の直列回路に対して並列に接続される第4のキャパシタCeと、を備え、
前記第1のスイッチ回路S1と前記第2のスイッチ回路S2は、共にオフである期間を挟んで互いに相補的にオン/オフを繰り返すように動作するように構成された絶縁型スイッチング電源装置であって、
前記トランスTは、前記第1のスイッチ回路S1と前記第2のスイッチ回路S2の相補的なオン/オフ動作に同期して、前記第1の2次巻線nsまたは前記第2の2次巻線noによって相補的に1次側から2次側にエネルギー伝送が行われるように巻回され、
前記第1の2次巻線nsと前記第2の2次巻線noは、互いに巻線の磁気極性が逆極性であって、
前記第2のインダクタLroを介して2次側に出力電圧Voが出力されるようにしたことを特徴とする絶縁型スイッチング電源装置。
A DC power supply input unit to which a DC input voltage Vi is input;
The first primary winding np, the first secondary winding ns, the second primary winding ni, and the second secondary winding no, which are composed of one magnetic component and are magnetically coupled. And a transformer T comprising:
A first inductance Lr connected in series to the first primary winding np;
A third inductor Lri connected in series to the second primary winding ni;
A second inductor Lro connected in series to the first secondary winding no;
A first rectifying element Ds that rectifies a sum of voltages generated in the first secondary winding ns and the second secondary winding no, and generated in the second secondary winding no. A rectifier circuit comprising a second rectifier element Df for rectifying the voltage, a first switching element Q1, a first capacitor C1, and a first switch circuit S1 comprising a parallel circuit of a first diode D1,
A second switching circuit S2 composed of a parallel circuit of a second switching element Q2, a second capacitor C2, and a second diode D2,
A third capacitor Cr;
A first series connected to both ends of the DC power supply input unit, wherein the first primary winding np or the second primary winding ni and the first switch circuit S1 are connected in series. Circuit,
The second switch circuit S2 and the third capacitor Cr are connected to both ends of the first switch circuit S1, or both ends of the first primary winding np or the second primary winding ni. A second series circuit connected in series;
A fourth capacitor Ce connected in parallel to the first series circuit,
The first switch circuit S1 and the second switch circuit S2 are insulated switching power supply devices configured to operate so as to repeat ON / OFF complementarily with a period in which both are OFF. And
The transformer T is synchronized with complementary ON / OFF operations of the first switch circuit S1 and the second switch circuit S2, and the first secondary winding ns or the second secondary winding. The wire no is complementarily wound so that energy transfer is performed from the primary side to the secondary side in a complementary manner,
In the first secondary winding ns and the second secondary winding no, the magnetic polarities of the windings are opposite to each other,
An isolated switching power supply device characterized in that an output voltage Vo is output to the secondary side via the second inductor Lro.
前記トランスTを、前記第1の1次巻線np及び前記第1の2次巻線nsとからなる第1のトランスT1と、前記第2の1次巻線ni及び前記第2の2次巻線noとからなる第2のトランスT2とで構成したことを特徴とする請求項2に記載の絶縁型スイッチング電源装置。   The transformer T includes a first transformer T1 composed of the first primary winding np and the first secondary winding ns, the second primary winding ni and the second secondary. 3. The insulated switching power supply device according to claim 2, comprising a second transformer T2 composed of a winding no. 前記第1のインダクタLrとして、前記トランスTの1次側漏れ磁束を利用することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   The insulated switching power supply device according to claim 1, wherein a primary leakage magnetic flux of the transformer T is used as the first inductor Lr. 前記第2のインダクタLroとして、前記トランスTの2次側漏れ磁束を利用することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   The insulated switching power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein a secondary leakage magnetic flux of the transformer T is used as the second inductor Lro. 前記第3のインダクタLriとして、前記トランスTの1次側漏れ磁束を利用することを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   6. The insulated switching power supply device according to claim 2, wherein a primary leakage magnetic flux of the transformer T is used as the third inductor Lri. 前記トランスTにおいて、前記第2の2次巻線noに流れる電流により共通磁心に発生する直流磁束を打ち消す方向に、前記第1の1次巻線np、または前記第2の1次巻線niを巻回して、前記第1の2次巻線nsは、前記第2の2次巻線noと磁気極性を逆極性とし、かつ巻数を前記第2の2次巻線noの巻数より大きくしたことを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   In the transformer T, the first primary winding np or the second primary winding ni is arranged in a direction to cancel the DC magnetic flux generated in the common magnetic core due to the current flowing through the second secondary winding no. The first secondary winding ns has a magnetic polarity opposite to that of the second secondary winding no, and the number of turns is larger than the number of turns of the second secondary winding no. The insulation type switching power supply device according to any one of claims 2 to 6. 前記第1のスイッチ回路S1が導通状態、または前記第2のスイッチ回路S2が導通状態のときに流れる電流の向きに対して、前記第1の1次巻線npと前記第2の1次巻線niは磁気極性を同極性とし、前記第1の2次巻線nsと前記第2の2次巻線noは磁気極性を逆極性としたことを特徴とする請求項7に記載の絶縁型スイッチング電源装置。   The first primary winding np and the second primary winding with respect to the direction of the current that flows when the first switch circuit S1 is conductive or the second switch circuit S2 is conductive. The insulated type according to claim 7, wherein the line ni has the same magnetic polarity, and the first secondary winding ns and the second secondary winding no have opposite magnetic polarities. Switching power supply. 前記第1のトランスT1の方が前記第2のトランスT2よりも磁気結合度を小さくしたことを特徴とする請求項8に記載の絶縁型スイッチング電源装置。   9. The insulated switching power supply device according to claim 8, wherein the first transformer T1 has a magnetic coupling degree smaller than that of the second transformer T2. 前記第1のスイッチ回路S1または前記第2のスイッチ回路S2は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   10. The insulated switching power supply device according to claim 1, wherein the first switch circuit S1 or the second switch circuit S2 is a field effect transistor. 前記第1のスイッチ回路S1または前記第2のスイッチ回路S2はスイッチ回路両端の電圧が0Vまたは0V付近まで低下してからスイッチング素子がターンオンする動作となるゼロ電圧スイッチング動作にて駆動されることを特徴とする請求項10に記載の絶縁型スイッチング電源装置。   The first switch circuit S1 or the second switch circuit S2 is driven by a zero voltage switching operation in which the switching element is turned on after the voltage across the switch circuit is reduced to 0V or near 0V. The insulated switching power supply device according to claim 10, wherein: 前記整流回路は、前記第1の2次巻線nsによって1次側から2次側にエネルギー伝送が行われる期間において、前記第1の2次巻線nsに流れる電流を整流する第3のダイオードDsと、前記第2の2次巻線noによって1次側から2次側にエネルギー伝送が行われる期間において、前記第2の2次巻線noに流れる電流を整流する第4のダイオードDfとから構成されることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   The rectifier circuit includes a third diode that rectifies a current flowing through the first secondary winding ns during a period in which energy transfer is performed from the primary side to the secondary side by the first secondary winding ns. Ds and a fourth diode Df for rectifying a current flowing through the second secondary winding no in a period in which energy transfer is performed from the primary side to the secondary side by the second secondary winding no The insulated switching power supply device according to any one of claims 1 to 11, wherein 前記第3のダイオードDsまたは前記第4のダイオードDfを、電界効果トランジスタに置き換えた同期整流回路で構成したことを特徴とする請求項12に記載の絶縁型スイッチング電源装置。   13. The isolated switching power supply device according to claim 12, wherein the third diode Ds or the fourth diode Df is configured by a synchronous rectifier circuit in which a field effect transistor is replaced. 前記第1の2次巻線nsの巻数と、前記第2の2次巻線noの巻数との巻数比を、
ns:no=2:1
としたことを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。
A turns ratio between the number of turns of the first secondary winding ns and the number of turns of the second secondary winding no.
ns: no = 2: 1
The insulated switching power supply device according to claim 1, wherein:
前記トランスTにおいて、少なくとも前記第1の1次巻線npと前記第1の2次巻線nsとの磁気結合度が相対的に大きく、かつ前記第2の2次巻線noと他の巻線との磁気結合度が相対的に小さいことを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   In the transformer T, the magnetic coupling degree between at least the first primary winding np and the first secondary winding ns is relatively large, and the second secondary winding no and other windings The insulated switching power supply device according to claim 1, wherein the degree of magnetic coupling with the wire is relatively small. 前記第1の1次巻線npと前記第1の2次巻線nsは積層巻きで構成され、前記第1の2次巻線nsと前記第2の2次巻線no、または前記第1の1次巻線npと第2の2次巻線noのうち、少なくとも一方が分割巻きで構成されたことを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   The first primary winding np and the first secondary winding ns are composed of laminated windings, and the first secondary winding ns and the second secondary winding no, or the first secondary winding ns The insulated switching power supply device according to claim 1, wherein at least one of the primary winding np and the second secondary winding no is configured by split winding. 前記トランスTは複数の脚部コアを有し、前記第1の1次巻線npと前記第1の2次巻線nsが同一の脚部コアに巻回され、少なくとも前記第2の2次巻線noは他の脚部コアに巻回されるように構成したことを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   The transformer T has a plurality of leg cores, and the first primary winding np and the first secondary winding ns are wound around the same leg core, and at least the second secondary winding The insulated switching power supply device according to any one of claims 1 to 16, wherein the winding no is wound around another leg core. 前記第1の1次巻線npと前記第1の2次巻線nsは積層巻きで構成され、前記第1の2次巻線nsと前記第2の2次巻線no、または前記第1の1次巻線npと第2の2次巻線noのうち、少なくとも一方が分割巻きで構成されたことを特徴とする請求項17のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   The first primary winding np and the first secondary winding ns are composed of laminated windings, and the first secondary winding ns and the second secondary winding no, or the first secondary winding ns 18. The insulated switching power supply device according to claim 17, wherein at least one of the primary winding np and the second secondary winding no is configured by split winding. 前記第1のスイッチ回路S1及び前記第2のスイッチ回路S2は、PWM制御によって出力電圧Voを安定化するように制御することを特徴とする請求項1〜18のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   19. The isolated switching according to claim 1, wherein the first switch circuit S <b> 1 and the second switch circuit S <b> 2 are controlled to stabilize the output voltage Vo by PWM control. Power supply. 前記第3のキャパシタCrは、前記第1の1次巻線niと前記第1のスイッチ回路S1との間に接続されたことを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。   20. The insulation type according to claim 1, wherein the third capacitor Cr is connected between the first primary winding ni and the first switch circuit S1. Switching power supply. 前記第1のスイッチ回路S1、または前記第2のスイッチ回路S2のいずれか一方は、その時比率(=オン時間/スイッチング周期)をDaとした場合、
0≦Da≦0.5
の範囲でのみ駆動し、他方は、
0.5≦Da≦1
の範囲でのみ駆動することを特徴とする請求項20に記載の絶縁型スイッチング電源装置。
When one of the first switch circuit S1 and the second switch circuit S2 has a time ratio (= on time / switching cycle) as Da,
0 ≦ Da ≦ 0.5
Drive only in the range of
0.5 ≦ Da ≦ 1
21. The insulated switching power supply device according to claim 20, wherein the switching type power supply device is driven only within the range.
前記電源入力部の入力電圧Viに対する前記出力電圧Voの比率で表される電圧変換率をM(=Vo/Vi)とし、前記第1の1次巻線npと前記第1の2次巻線nsの巻数比をn(=np/ns)とした場合に、
M=D(1−D)/n
で表されることを特徴とする請求項21に記載の絶縁型スイッチング電源装置。
The voltage conversion rate represented by the ratio of the output voltage Vo to the input voltage Vi of the power supply input unit is M (= Vo / Vi), and the first primary winding np and the first secondary winding When the turn ratio of ns is n (= np / ns),
M = D (1-D) / n
The insulated switching power supply device according to claim 21, wherein
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