JP2009268246A - Switching power supply - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve startability in a switching power supply formed of a self-excited compound resonance series converter of a voltage feedback type using an induction voltage of an auxiliary winding for driving the switching device, and capable of greatly simplifying a circuit with reduced loss, low noise and cost reduction. <P>SOLUTION: There is provided a startup circuit 11 including: a control power supply Vcc; a relaxation oscillator circuit 12 biased by the control power supply; an oscillation detecting circuit 13 for determining whether the induction voltage of the auxiliary winding L12 reaches a threshold level Vth that can turn on a corresponding power MOSFETQ2; and a logic circuit 14 that applies the oscillation signal of the relaxation oscillator circuit 12 to the power MOSFETQ2 as a startup signal when the voltage does not reach the level Vth, and blocks the oscillation signal when the voltage reaches the level Vth. Accordingly, it is possible to easily set proper startup conditions by setting the relaxation oscillator circuit 12, thus achieving high startability. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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

従来、上述のような小型高効率のスイッチング電源として、複合共振型の直列コンバータ回路が知られ、特許文献1など多くの公知技術が示されている。図7にその従来技術による主回路構成を、図8に主な部位の波形を示す。   Conventionally, a composite resonance type series converter circuit is known as a small-sized and high-efficiency switching power supply as described above, and many known techniques such as Patent Document 1 are shown. FIG. 7 shows a main circuit configuration according to the prior art, and FIG. 8 shows waveforms of main parts.

このスイッチング電源装置では、直流入力電源Eの両端子間に、スイッチング素子Q1とQ2(以下、パワーMOSFETで記述)との直列回路が接続されるとともに、コンデンサC0が接続される。そして、前記パワーMOSFETQ1,Q2の接続点と前記直流入力電源Eの一端との間に、インダクタLと出力トランスTの1次巻線L11と共振コンデンサC1との直列共振回路を形成し、前記パワーMOSFETQ1またはQ2の何れかと並列にコンデンサC2が接続される(図7では、直流入力電源Eの一端は低圧側に、コンデンサC2はパワーMOSFETQ2に並列に接続した例を示している)。また、パワーMOSFETQ1,Q2には、それぞれ逆並列にダイオードD1,D2が接続される(パワーMOSFETQ1,Q2のボデイダイオードで兼用される場合が多い)。   In this switching power supply device, a series circuit of switching elements Q1 and Q2 (hereinafter referred to as power MOSFET) is connected between both terminals of the DC input power supply E, and a capacitor C0 is connected. A series resonant circuit of an inductor L, a primary winding L11 of the output transformer T, and a resonant capacitor C1 is formed between the connection point of the power MOSFETs Q1 and Q2 and one end of the DC input power supply E, and the power A capacitor C2 is connected in parallel with either MOSFET Q1 or Q2 (FIG. 7 shows an example in which one end of DC input power supply E is connected to the low voltage side and capacitor C2 is connected in parallel to power MOSFET Q2.) Also, diodes D1 and D2 are connected in antiparallel to power MOSFETs Q1 and Q2, respectively (in many cases, they are also used as body diodes for power MOSFETs Q1 and Q2).

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

図8を参照して、Vg1,Vg2は制御部1によって予め設定されたパワーMOSFETQ1,Q2の駆動信号を示す。交互にON/OFFさせるとともに、両方共にOFFするデットタイム期間が設定されている。VQ1,IQ1およびVQ2,IQ2は、パワーMOSFETQ1,Q2のドレイン−ソース間電圧およびドレイン電流を示す。駆動信号Vg1がHighの時、パワーMOSFETQ1にはドレイン電流IQ1が流れ、Lowの時は略直流入力電源Eに等しい電圧VQ1が印加される(パワーMOSFETQ2の場合も同様)。なお、デットタイム期間においては、コンデンサC2とインダクタLおよび出力トランスTの励磁インダクタンスとによる効果から、ドレイン−ソース間電圧VQ1,VQ2は任意の傾斜を持った立上がり、立下り波形となる。また、ドレイン電流IQ1,IQ2は、略インダクタLと共振コンデンサC1とで設定される直列共振電流波形となり、これらの合成電流がインダクタLと出力トランスTの1次巻線L11と共振コンデンサC1との直列共振回路の電流となる。VC1は共振コンデンサC1の電圧波形を表しており、前記の直列共振回路の電流より位相の遅れた波形となる。ID3,ID4は出力整流のダイオードD3,D4の電流波形を示すもので、前記のパワーMOSFETQ1,Q2の駆動周波数と、インダクタLおよび共振コンデンサC1の直列共振周波数との関係を、「共振周波数>駆動周波数」の条件を満足させることによって、ダイオードD3,D4の一方の電流が流れ終わった後に他方の電流が流れ始めるように設定が可能で、両方のダイオード電流が流れない期間は出力側へ電力が伝達されない。すなわち、前記ダイオードD3,D4に電流が流れない期間では、出力トランスTの2次側は無負荷と考えられ、1次側の直列共振回路にトランスTの1次側励磁インダクタンスLが直列に挿入されて直列共振条件が切り替わる結果、ドレイン電流IQ1およびIQ2の波形にも変曲点が見られる。   Referring to FIG. 8, Vg1 and Vg2 indicate drive signals for power MOSFETs Q1 and Q2 set in advance by control unit 1. A dead time period in which both are turned ON / OFF alternately and both are turned OFF is set. VQ1, IQ1 and VQ2, IQ2 indicate the drain-source voltage and drain current of the power MOSFETs Q1, Q2. When the drive signal Vg1 is High, the drain current IQ1 flows through the power MOSFET Q1, and when it is Low, the voltage VQ1 substantially equal to the DC input power source E is applied (the same applies to the power MOSFET Q2). In the dead time period, the drain-source voltages VQ1 and VQ2 have rising and falling waveforms with an arbitrary slope due to the effect of the capacitor C2, the inductor L, and the excitation inductance of the output transformer T. Further, the drain currents IQ1 and IQ2 have a series resonance current waveform set approximately by the inductor L and the resonance capacitor C1, and these combined currents are generated between the inductor L, the primary winding L11 of the output transformer T, and the resonance capacitor C1. This is the current of the series resonant circuit. VC1 represents the voltage waveform of the resonant capacitor C1, and has a waveform delayed in phase from the current of the series resonant circuit. ID3 and ID4 indicate current waveforms of the output rectifier diodes D3 and D4. The relationship between the drive frequency of the power MOSFETs Q1 and Q2 and the series resonance frequency of the inductor L and the resonance capacitor C1 is expressed as “resonance frequency> drive. By satisfying the condition of “frequency”, it is possible to set the current of one of the diodes D3 and D4 to flow after the current of one of the diodes D3 and D4 has finished flowing. Not transmitted. That is, during the period in which no current flows through the diodes D3 and D4, the secondary side of the output transformer T is considered to be unloaded, and the primary side exciting inductance L of the transformer T is inserted in series into the primary side series resonance circuit. As a result of the switching of the series resonance condition, inflection points are also found in the waveforms of the drain currents IQ1 and IQ2.

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

上述の従来技術は、このような数々の特徴を有しながらも、周波数を予め発振器で設定し、2つのスイッチング素子Q1,Q2を駆動する所謂他励式のスイッチング電源装置であり、その場合、高電位側のスイッチング素子Q1へのレベルシフタが必要で、その周波数追従性や損失の観点から、トランスTの小型化を図るにあたっての高周波化に対する技術課題を有し(現状のレベルシフタでは500kHz程度が限界)、またコスト面での課題などから、たとえば特許文献2〜4で示すような自励式の検討もなされている。   The above-described prior art is a so-called separately-excited switching power supply that drives the two switching elements Q1 and Q2 by setting the frequency in advance with an oscillator while having such various features. A level shifter to the switching element Q1 on the potential side is necessary, and from the viewpoint of frequency followability and loss, there is a technical problem with high frequency when miniaturizing the transformer T (the current level shifter has a limit of about 500 kHz) Further, due to cost problems, self-excited studies as shown in Patent Documents 2 to 4, for example, have been made.

図9は、同様にパワーMOSFETQ1,Q2を用いた電圧帰還型の自励他励式複合共振直列コンバータの一例を示す図である。注目すべきは、トランスT1には帰還巻線L13,L12が設けられ、その帰還巻線L13,L12が前記パワーMOSFETQ1,Q2のゲート端子へ、各々ゲート抵抗R1,R2を介して正帰還が得られる方向に接続されることによって、自励発振動作が継続されるようになっていることである。   FIG. 9 is a diagram showing an example of a voltage feedback self-excited separately excited composite resonant series converter using the power MOSFETs Q1 and Q2. It should be noted that the transformer T1 is provided with feedback windings L13 and L12, and the feedback windings L13 and L12 provide positive feedback to the gate terminals of the power MOSFETs Q1 and Q2 through the gate resistors R1 and R2, respectively. This means that the self-oscillation operation is continued by being connected in a predetermined direction.

そして、弛張発振による起動回路IGNが付加されている。前記起動回路IGNは、直流入力電源Eの両端子間に、抵抗R3とコンデンサC5との直列回路を構成し、これらの接続点をサイダックQ3を介してパワーMOSFETQ2のゲート端子に接続して成る。これによって、前記サイダックQ3は、コンデンサC5の電位がブレークダウン電圧に達するとONし、コンデンサC5の電荷がサイダックQ3、ゲート抵抗R2、帰還巻線L12を介して放電し、この時ゲート抵抗R2に生じる電圧降下が、パワーMOSFETQ2のゲート端子のスレシホールド電圧Vth以上になると該パワーMOSFETQ2が一瞬ONし、抵抗R4を介して予め充電されている共振コンデンサC1の電荷がトランスT1の1次巻線L11およびチョークコイル(インダクタ)Lを介して放電する。これによる共振コンデンサC1の放電電流の振動によって、帰還巻線L13にパワーMOSFETQ1のゲートスレシホールド電圧Vth以上の帰還電圧がえられ、正帰還作用によって発振を開始する。なお、この起動回路IGNにおいて、上述のように起動にあたって共振コンデンサC1を充電するために、ハイ側のパワーMOSFETQ1をバイパスする抵抗R4および前記抵抗R3から電流を引込むダイオードD5が設けられている。このような起動動作を確実に行うには幾つかの条件が存在し、これらを満足させることが必要条件となる。
特許第2734296号公報 特許第3371595号公報 特開2002−262568号公報 特開2006−129548号公報
An activation circuit IGN based on relaxation oscillation is added. The starter circuit IGN forms a series circuit of a resistor R3 and a capacitor C5 between both terminals of the DC input power supply E, and connects these connection points to the gate terminal of the power MOSFET Q2 via the Sidac Q3. As a result, when the potential of the capacitor C5 reaches the breakdown voltage, the Sidac Q3 is turned on, and the charge of the capacitor C5 is discharged through the Sidak Q3, the gate resistor R2, and the feedback winding L12. When the generated voltage drop becomes equal to or higher than the threshold voltage Vth of the gate terminal of the power MOSFET Q2, the power MOSFET Q2 is turned ON for a moment, and the charge of the resonance capacitor C1 charged in advance via the resistor R4 is changed to the primary winding of the transformer T1. Discharge occurs through L11 and the choke coil (inductor) L. As a result of the oscillation of the discharge current of the resonant capacitor C1, a feedback voltage equal to or higher than the gate threshold voltage Vth of the power MOSFET Q1 is obtained in the feedback winding L13, and oscillation is started by a positive feedback action. In this starting circuit IGN, in order to charge the resonant capacitor C1 at the time of starting as described above, a resistor R4 that bypasses the high-side power MOSFET Q1 and a diode D5 that draws current from the resistor R3 are provided. There are several conditions for reliably performing such a starting operation, and satisfying these conditions is a necessary condition.
Japanese Patent No. 2734296 Japanese Patent No. 3371595 JP 2002-262568 A JP 2006-129548 A

図10には、起動時における各部の波形を示す。図10(a)は、複合共振回路を構成する共振コンデンサC1の電位Vc1を示し、電源が投入されると、抵抗R4と該共振コンデンサC1との時定数で直流入力電源電圧Eまで充電される。図10(b)は、起動回路IGNを構成するコンデンサC5の電位Vc5を示しており、電源が投入されると、抵抗R3と該コンデンサC5との時定数で充電される。その充電中に、前記電位Vc5がサイダックQ3のブレークダウン電圧VBOに達すると、該サイダックQ3がONしてコンデンサC5の電荷が放電するので、コンデンサC5の電位Vc5は急速に低下する。この場合の放電電流値が、サイダックQ3の保持電流(谷電流)以下になるとサイダックQ3はOFFし、その時点から再び抵抗R3による充電が始まり、コンバータが起動するまでこの動作が繰り返される(前記サイダックQ3が保持電流以下でOFFとなる電圧をVoffで表した)。 FIG. 10 shows the waveform of each part at the time of startup. FIG. 10A shows the potential Vc1 of the resonance capacitor C1 constituting the composite resonance circuit. When the power is turned on, the DC capacitor is charged up to the DC input power supply voltage E with the time constant of the resistor R4 and the resonance capacitor C1. . FIG. 10B shows the potential Vc5 of the capacitor C5 constituting the starter circuit IGN. When the power is turned on, the resistor R3 and the capacitor C5 are charged with a time constant. During the charging, the potential Vc5 is reaches the breakdown voltage V BO of SIDAC Q3, the charge of the capacitor C5 and the SIDAC Q3 is turned ON to discharge the potential Vc5 of the capacitor C5 drops rapidly. When the discharge current value in this case becomes equal to or less than the holding current (valley current) of the Sidac Q3, the Sidac Q3 is turned off, charging from the resistor R3 starts again from that point, and this operation is repeated until the converter is started (said Dac The voltage that turns OFF when Q3 is equal to or lower than the holding current is represented by Voff).

再び図10(a)を参照して、通常、共振コンデンサC1の容量値はコンバータの動作周波数が高い程小さく、また起動用のコンデンサC5の容量値に比べて充分小さく設定される。したがって、サイダックQ3がONしてパワーMOSFETQ2に起動パルスが与えられる度に殆ど放電し、起動に至らなかった場合は抵抗R4を介した充電と起動パルス毎の放電とが繰返されることになる。なお、図10(c)には、そのパワーMOSFETQ2のゲート電圧Vg2を示す。このような動作を前提にして、円滑な起動の条件を明らかにする。   Referring again to FIG. 10A, the capacitance value of the resonance capacitor C1 is normally set to be smaller as the operating frequency of the converter is higher, and sufficiently smaller than the capacitance value of the starting capacitor C5. Accordingly, when the start pulse is applied to the power MOSFET Q2 when the Sidac Q3 is turned on, the discharge is almost completed. When the start is not started, charging via the resistor R4 and discharging for each start pulse are repeated. FIG. 10C shows the gate voltage Vg2 of the power MOSFET Q2. Based on such operations, the conditions for smooth start-up will be clarified.

先ず、前記起動用のコンデンサC5の充電電圧Vc5は、下式の通りである。
Vc5=E×(1−e−(t/C5×R3)) ・・・(1)
そして、上記充電電圧Vc5がサイダックQ3のブレークダウン電圧VBOに達するとサイダックQ3がONしてパワーMOSFETQ2のゲートに起動パルスを与える。そこで、サイダックQ3の動作抵抗をRQ3とすると、電源投入からの時間t1および起動パルス電圧Vg2は下式で与えられる。
t1=−C5×R3×ln(1−VBO/E) ・・・(2)
Vg2=VBO×R2/(R2+RQ3) ・・・(3)
First, the charging voltage Vc5 of the starting capacitor C5 is as follows.
Vc5 = E * (1-e- (t / C5 * R3) ) (1)
Then, the charging voltage Vc5 gives starting pulse to the gate of the power MOSFETQ2 to ON is SIDAC Q3 When break reaches down voltage V BO of SIDAC Q3. Therefore, assuming that the operating resistance of the Sidac Q3 is RQ3, the time t1 from the power-on and the starting pulse voltage Vg2 are given by
t1 = −C5 × R3 × ln (1-V BO / E) (2)
Vg2 = V BO × R2 / (R2 + RQ3) (3)

また、サイダックQ3のオフ電圧をVOFFとすると、サイダックQ3がONしたときの起動用のコンデンサC5の放電電圧Vc5’および起動パルスの幅t2は次のように算出できる。
Vc5’=VBO×e−t/(C5×(R2+RQ3)) ・・・(4)
t2=−C5×(R2+RQ3)×ln(VOFF/VBO) ・・・(5)
If the off-voltage of the Sidac Q3 is V OFF , the discharge voltage Vc5 ′ of the start-up capacitor C5 and the start pulse width t2 when the Sidak Q3 is turned on can be calculated as follows.
Vc5 ′ = V BO × e −t / (C5 × (R2 + RQ3)) (4)
t2 = −C5 × (R2 + RQ3) × ln (V OFF / V BO ) (5)

さらにまた、サイダックQ3がOFFした後の起動用のコンデンサC5の再充電電圧Vc5''は下式で与えられ、サイダックQ3のブレークダウン電圧VBOに達する迄の時間t3が算出できる。
Vc5''=VOFF+(E−VOFF)×(1−e−(t/C5×R3))・・・(6)
t3=−C5×R3×ln(1−(VBO−VOFF)/(E−VOFF))・・(7)
Furthermore, the recharging voltage Vc5 ″ of the starting capacitor C5 after the Sidak Q3 is turned off is given by the following equation, and the time t3 until the breakdown voltage V BO of the Sidak Q3 is reached can be calculated.
Vc5 ″ = V OFF + (E−V OFF ) × (1-e− (t / C5 × R3) ) (6)
t3 = −C5 × R3 × ln (1- (V BO −V OFF ) / (E−V OFF )) (7)

一方、共振用共振コンデンサC1の充電電圧Vc1および充電時定数τは、下式で与えられる。
Vc1=E×(1−e−(t/C1×R4)) ・・・(8)
τ=C1×R4 ・・・(9)
On the other hand, the charging voltage Vc1 and the charging time constant τ of the resonance capacitor C1 are given by the following equations.
Vc1 = E * (1-e- (t / C1 * R4) ) (8)
τ = C1 × R4 (9)

以上から、円滑な起動のためには下記の条件が必要である。
(1)共振コンデンサC1の充電時定数τ<t3<t1
(2)起動パルス電圧Vg2>Vth
(3)起動パルスの幅t2≦π×√(L×C1)
こうして、起動パルスの幅t2をインダクタンスLと共振コンデンサC1の直列共振周期の1/2以下に設定することによって、起動に適した振動電流を得ることができる。これらの条件を満足するために、起動回路IGNおよび共振回路を構成する各部品定数の選定が必要となるが、サイダックQ3など主要部品の温度影響も含めた主要部品の特性ばらつきや電源電圧変動を考慮した場合、必ずしも容易なことではない。
From the above, the following conditions are necessary for smooth start-up.
(1) Charging time constant of resonant capacitor C1 τ <t3 <t1
(2) Start pulse voltage Vg2> Vth
(3) Start pulse width t2 ≦ π × √ (L × C1)
In this way, by setting the width t2 of the start pulse to ½ or less of the series resonance period of the inductance L and the resonance capacitor C1, an oscillating current suitable for start-up can be obtained. In order to satisfy these conditions, it is necessary to select the component constants that make up the start-up circuit IGN and the resonance circuit. However, characteristics variations and power supply voltage fluctuations of main parts including temperature effects of main parts such as Sidac Q3 When considered, it is not always easy.

本発明の目的は、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータにおいて、簡単な構成で適切な起動条件を容易に設定でき、他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を実現することができるスイッチング電源装置を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a voltage feedback type self-excited composite resonance series converter that can easily set an appropriate start-up condition with a simple configuration, and realizes greatly simplified circuit and cost reduction compared to other excitation types. It is to provide a switching power supply device that can be used.

本発明のスイッチング電源装置は、直流入力電源の両端子間に第1および第2のスイッチング素子から成る直列回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記直流入力電源の一方の端子との間に、インダクタ、共振コンデンサおよび出力トランスの1次巻線から成る直列共振回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子のスイッチングにより得られた出力トランスの2次側誘起電流をダイオードおよび平滑コンデンサによって整流・平滑化して出力し、前記出力トランスの第1および第2の補助巻線に誘起された電圧を前記第1および第2のスイッチング素子の制御端子に与えることでスイッチングを継続するようにした電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータから成るスイッチング電源装置において、制御電源と、前記制御電源によって付勢される発振回路と、前記第1および第2の補助巻線の少なくとも一方の誘起電圧が、対応するスイッチング素子をスイッチングさせることができる所定のレベルに達しているか否かを判定する発振検出回路と、前記発振検出回路の判定結果に応答し、前記所定のレベルに達していない期間は前記発振回路の発振信号を起動信号として前記対応するスイッチング素子に与え、前記所定のレベルに達すると前記発振回路の発振信号が対応するスイッチング素子に与えられないようにブロックする論理回路とを備えて構成される起動回路を含むことを特徴とする。   In the switching power supply device of the present invention, a series circuit composed of first and second switching elements is connected between both terminals of the DC input power supply, and the connection point between the first and second switching elements and the DC input power supply A series resonant circuit composed of an inductor, a resonant capacitor, and a primary winding of an output transformer is connected between one terminal and the secondary side of the output transformer obtained by switching of the first and second switching elements. The induced current is rectified and smoothed by a diode and a smoothing capacitor and output, and the voltage induced in the first and second auxiliary windings of the output transformer is applied to the control terminals of the first and second switching elements. Switching power supply comprising a voltage feedback self-excited composite resonant series converter that continues switching at The induced voltage of at least one of the control power supply, the oscillation circuit energized by the control power supply, and the first and second auxiliary windings is set to a predetermined level at which the corresponding switching element can be switched. An oscillation detection circuit for determining whether or not the oscillation detection circuit has reached, and in response to the determination result of the oscillation detection circuit, the oscillation signal of the oscillation circuit is used as an activation signal for the corresponding switching element during a period when the predetermined level is not reached. And a starting circuit configured to include a logic circuit that blocks the oscillation signal of the oscillation circuit from being applied to a corresponding switching element when the predetermined level is reached.

上記の構成によれば、第1および第2の補助巻線の誘起電圧を、それぞれゲート抵抗を介して前記第1および第2のスイッチング素子の制御端子に与えることで、それらのスイッチング素子をON/OFF駆動してスイッチングを継続するようにした電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータから成るスイッチング電源装置において、起動回路を設ける。そして、その起動回路を、制御電源と、前記制御電源によって付勢される発振回路と、前記第1および第2の補助巻線の少なくとも一方の誘起電圧が、当該第1および第2の補助巻線が対応するスイッチング素子をスイッチングさせることができる所定のレベルに達しているか否かを判定する発振検出回路と、前記発振検出回路の判定結果に応答し、前記所定のレベルに達していない期間は前記発振回路の発振信号を起動信号として前記対応するスイッチング素子に与え、前記所定のレベルに達すると前記発振回路の発振信号が対応するスイッチング素子に与えられないようにブロックする論理回路とを備えて構成する。   According to the above configuration, the switching elements are turned on by applying the induced voltages of the first and second auxiliary windings to the control terminals of the first and second switching elements through the gate resistors, respectively. In a switching power supply device composed of a voltage feedback type self-excited composite resonance series converter which is continuously driven by / OFF driving, a starting circuit is provided. The starting circuit includes a control power supply, an oscillation circuit energized by the control power supply, and an induced voltage of at least one of the first and second auxiliary windings. An oscillation detection circuit that determines whether or not the line has reached a predetermined level at which the corresponding switching element can be switched, and a period in which the line does not reach the predetermined level in response to the determination result of the oscillation detection circuit A logic circuit that applies an oscillation signal of the oscillation circuit to the corresponding switching element as a start signal and blocks the oscillation signal of the oscillation circuit from being applied to the corresponding switching element when the predetermined level is reached. Constitute.

したがって、第1および第2の補助巻線に充分な誘起電圧が得られない起動時は、発振回路の発振信号を起動信号として対応するスイッチング素子のゲートに与え、ON駆動するので、低損失・低雑音で、さらに他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を実現することができる電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータにおいて、前記発振回路の設定によって適切な起動条件を容易に設定でき、起動性を改善することができる。   Therefore, at the time of start-up when a sufficient induced voltage cannot be obtained in the first and second auxiliary windings, the oscillation signal of the oscillation circuit is given to the gate of the corresponding switching element as the start-up signal, and it is driven ON. In a voltage feedback self-excited complex resonant series converter that can realize low-noise and greatly simplified circuit and cost reduction compared to other-excited type, appropriate start-up conditions can be easily set by setting the oscillation circuit. Can be set to improve the startability.

また、本発明のスイッチング電源装置では、前記発振回路は、弛張発振回路から成ることを特徴とする。   In the switching power supply device of the present invention, the oscillation circuit includes a relaxation oscillation circuit.

上記の構成によれば、前記発振回路として、抵抗を介するコンデンサまたはインダクタの充放電によって鋸波や矩形波を発生する弛張発振回路を用いることで、前記抵抗の設定などで、適切な起動条件の設定を容易に行うことができる。   According to the above configuration, by using a relaxation oscillation circuit that generates a sawtooth wave or a rectangular wave by charging or discharging a capacitor or an inductor via a resistor as the oscillation circuit, an appropriate start-up condition can be obtained by setting the resistance. Setting can be performed easily.

さらにまた、本発明のスイッチング電源装置では、前記発振検出回路は、前記第1および第2の補助巻線の少なくとも一方の誘起電圧が前記所定のレベルに達すると、前記弛張発振回路の動作を停止させることを特徴とする。   Furthermore, in the switching power supply device of the present invention, the oscillation detection circuit stops the operation of the relaxation oscillation circuit when an induced voltage of at least one of the first and second auxiliary windings reaches the predetermined level. It is characterized by making it.

上記の構成によれば、定常の自励発振時には前記弛張発振回路の動作を停止させるので、省電力化を図ることができる。   According to the above configuration, since the operation of the relaxation oscillation circuit is stopped during steady self-excited oscillation, power saving can be achieved.

また、本発明のスイッチング電源装置では、前記弛張発振回路の出力のパルス幅は、前記直列共振回路の共振周期の1/2以下であり、かつパルス周期は前記共振コンデンサが起動に先立って充電される時定数以上であることを特徴とする。   In the switching power supply device of the present invention, the pulse width of the output of the relaxation oscillation circuit is less than or equal to ½ of the resonance period of the series resonance circuit, and the pulse period is charged prior to activation of the resonance capacitor. It is more than a time constant.

上記の構成によれば、弛張発振回路からスイッチング素子の制御端子に起動パルスを与えるにあたって、その起動パルスはタイミングが重要で、しかも共振コンデンサに充分な電荷が貯まっていないとその起動パルスによる補助巻線の誘起電圧で他方のスイッチング素子をONさせることができないので、上記のように選ぶことで、確実な起動を行わせることができる。   According to the above configuration, when the start pulse is given from the relaxation oscillation circuit to the control terminal of the switching element, the timing of the start pulse is important, and if sufficient charge is not stored in the resonant capacitor, the auxiliary winding by the start pulse is used. Since the other switching element cannot be turned on by the induced voltage of the line, the start can be surely performed by selecting as described above.

さらにまた、本発明のスイッチング電源装置では、前記第1および第2の補助巻線からの帰還電圧がない場合は、該第1および第2の補助巻線から対応する第1および第2のスイッチング素子の制御端子に至る回路を開放または高インピーダンスとし、該第1および第2の補助巻線からの帰還電圧が発生した後に前記回路を導通または低インピーダンスにする起動補助手段を備えることを特徴とする。   Furthermore, in the switching power supply device of the present invention, when there is no feedback voltage from the first and second auxiliary windings, the corresponding first and second switching from the first and second auxiliary windings. A circuit that reaches the control terminal of the element is made open or has a high impedance, and has a starting auxiliary means for making the circuit conductive or low impedance after a feedback voltage is generated from the first and second auxiliary windings. To do.

上記の構成によれば、起動補助手段が、起動時に前記起動信号が第1および第2の補助巻線側に供給されてしまうことを抑えることができ、前記起動信号を作成する発振回路の消費電力を抑えることができる。   According to the above configuration, the start assist means can suppress the start signal from being supplied to the first and second auxiliary windings at the start, and the consumption of the oscillation circuit that creates the start signal Power can be reduced.

好ましくは、前記起動補助手段は、第1および第2の補助巻線から対応する第1および第2のスイッチング素子の制御端子に至る回路に直列に、当該方向が順方向となるように挿入されるダイオードと、該ダイオードと並列に設けられ、該ダイオードの逆バイアス時にONするスイッチとを備えて構成されることを特徴とする。   Preferably, the start assisting means is inserted in series in a circuit from the first and second auxiliary windings to the control terminals of the corresponding first and second switching elements so that the direction is a forward direction. And a switch provided in parallel with the diode and turned on when the diode is reverse-biased.

本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、第1および第2の補助巻線の誘起電圧を、それぞれゲート抵抗を介して前記第1および第2のスイッチング素子の制御端子に与えることで、それらのスイッチング素子をON/OFF駆動してスイッチングを継続するようにした電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータから成るスイッチング電源装置において、起動回路を設け、その起動回路を、制御電源と、前記制御電源によって付勢される発振回路と、前記第1および第2の補助巻線の少なくとも一方の誘起電圧が、当該第1および第2の補助巻線が対応するスイッチング素子をスイッチングさせることができる所定のレベルに達しているか否かを判定する発振検出回路と、前記発振検出回路の判定結果に応答し、前記所定のレベルに達していない期間は前記発振回路の発振信号を起動信号として前記対応するスイッチング素子に与え、前記所定のレベルに達すると前記発振回路の発振信号が対応するスイッチング素子に与えられないようにブロックする論理回路とを備えて構成する。   As described above, the switching power supply device of the present invention applies the induced voltages of the first and second auxiliary windings to the control terminals of the first and second switching elements through the gate resistors, respectively. In a switching power supply device comprising a voltage feedback type self-excited composite resonance series converter configured to continue switching by ON / OFF driving those switching elements, a starting circuit is provided, and the starting circuit is a control power source, The induced voltage of at least one of the oscillation circuit energized by the control power source and the first and second auxiliary windings can switch the switching element to which the first and second auxiliary windings correspond. An oscillation detection circuit for determining whether or not a predetermined level has been reached, and in response to a determination result of the oscillation detection circuit, the predetermined level Logic that blocks the oscillation signal of the oscillation circuit from being supplied to the corresponding switching element as a start signal during a period of not reaching, and preventing the oscillation signal of the oscillation circuit from being applied to the corresponding switching element when the predetermined level is reached And a circuit.

それゆえ、第1および第2の補助巻線に充分な誘起電圧が得られない起動時は、発振回路の発振信号を起動信号として対応するスイッチング素子のゲートに与え、ON駆動するので、低損失・低雑音で、さらに他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を実現することができる電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータにおいて、前記発振回路の設定によって適切な起動条件を容易に設定でき、起動性を改善することができる。   Therefore, at the time of start-up in which a sufficient induced voltage cannot be obtained in the first and second auxiliary windings, the oscillation signal of the oscillation circuit is given as the start signal to the gate of the corresponding switching element and is driven ON, so that low loss・ In a voltage feedback self-excited complex resonant series converter that can achieve low-noise and greatly simplified circuit and cost reduction compared to other-excited type, an appropriate starting condition can be set by setting the oscillation circuit. It can be set easily and the startability can be improved.

また、本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、前記発振回路として、抵抗を介するコンデンサまたはインダクタの充放電によって鋸波や矩形波を発生する弛張発振回路を用いる。   In addition, as described above, the switching power supply device of the present invention uses a relaxation oscillation circuit that generates a sawtooth wave or a rectangular wave by charging or discharging a capacitor or inductor via a resistor as the oscillation circuit.

それゆえ、前記抵抗の設定などで、適切な起動条件の設定を容易に行うことができる。   Therefore, it is possible to easily set an appropriate starting condition by setting the resistance.

さらにまた、本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、前記発振検出回路が、前記第1および第2の補助巻線の少なくとも一方の誘起電圧が前記所定のレベルに達すると、前記弛張発振回路の動作を停止させる。   Furthermore, as described above, the switching power supply device according to the present invention is configured such that the oscillation detection circuit causes the relaxation oscillation when the induced voltage of at least one of the first and second auxiliary windings reaches the predetermined level. Stop circuit operation.

それゆえ、定常の自励発振時には前記弛張発振回路の動作を停止させるので、省電力化を図ることができる。   Therefore, the operation of the relaxation oscillation circuit is stopped during steady self-excited oscillation, so that power saving can be achieved.

また、本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、前記弛張発振回路の出力のパルス幅を前記直列共振回路の共振周期の1/2以下とし、かつパルス周期を共振コンデンサが起動に先立って充電される時定数以上とする。   In the switching power supply device of the present invention, as described above, the pulse width of the output of the relaxation oscillation circuit is set to 1/2 or less of the resonance period of the series resonance circuit, and the pulse period is set prior to the start of the resonance capacitor. More than the time constant to be charged.

それゆえ、確実な起動を行わせることができる。   Therefore, reliable activation can be performed.

さらにまた、本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、前記第1および第2の補助巻線からの帰還電圧がない場合は、該第1および第2の補助巻線から対応する第1および第2のスイッチング素子の制御端子に至る回路を開放または高インピーダンスとし、該第1および第2の補助巻線からの帰還電圧が発生した後に前記回路を導通または低インピーダンスにする起動補助手段を設ける。   Furthermore, as described above, when there is no feedback voltage from the first and second auxiliary windings, the switching power supply device of the present invention corresponds to the first corresponding from the first and second auxiliary windings. And a starting auxiliary means for making the circuit leading to the control terminal of the second switching element open or high impedance, and making the circuit conductive or low impedance after the feedback voltage is generated from the first and second auxiliary windings. Provide.

それゆえ、起動時に前記起動信号が第1および第2の補助巻線側に供給されてしまうことを抑えることができ、前記起動信号を作成する発振回路の消費電力を抑えることができる。   Therefore, it is possible to suppress the start signal from being supplied to the first and second auxiliary windings at the time of start-up, and to suppress the power consumption of the oscillation circuit that generates the start signal.

図1は、本発明の実施の一形態に係る電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータであるスイッチング電源装置のブロック図である。このスイッチング電源装置は、スイッチング素子Q1,Q2の損失低減、および小型・低コスト化を図り、さらに動作の高周波化を可能とするものである。直流入力電源Eの両端子間に、スイッチング素子Q1とQ2(以下、パワーMOSFETで記述)との直列回路に、電源平滑用のコンデンサC0が接続されるとともに、起動にあたって前記パワーMOSFETQ1をバイパスして共振コンデンサC1を充電する抵抗R4が接続される。そして、前記パワーMOSFETQ1,Q2の接続点と前記直流入力電源Eの一端との間に、インダクタLと出力トランスT1の1次巻線L11と前記共振コンデンサC1との直列共振回路を形成し、前記パワーMOSFETQ1,Q2の何れかと並列にコンデンサC2が接続される(図1では、直流入力電源Eの一端は低圧側に、コンデンサC2はパワーMOSFETQ2に並列に接続した例を示している)。また、パワーMOSFETQ1,Q2には、それぞれ逆並列にダイオードが接続される(この図1では、パワーMOSFETQ1,Q2のボデイダイオードで兼用し、省略している)。   FIG. 1 is a block diagram of a switching power supply device that is a voltage feedback type self-excited composite resonance series converter according to an embodiment of the present invention. This switching power supply device is intended to reduce the loss of the switching elements Q1 and Q2, and to reduce the size and cost, and to increase the operation frequency. Between both terminals of the DC input power supply E, a power source smoothing capacitor C0 is connected to a series circuit of switching elements Q1 and Q2 (hereinafter referred to as power MOSFETs), and the power MOSFET Q1 is bypassed for startup. A resistor R4 for charging the resonant capacitor C1 is connected. A series resonance circuit of an inductor L, a primary winding L11 of the output transformer T1, and the resonance capacitor C1 is formed between a connection point of the power MOSFETs Q1 and Q2 and one end of the DC input power supply E, and A capacitor C2 is connected in parallel with one of the power MOSFETs Q1 and Q2 (FIG. 1 shows an example in which one end of the DC input power source E is connected to the low voltage side and the capacitor C2 is connected in parallel to the power MOSFET Q2). Further, diodes are connected in antiparallel to the power MOSFETs Q1 and Q2, respectively (in FIG. 1, the body diodes of the power MOSFETs Q1 and Q2 are also used and omitted).

さらに前記出力トランスT1の出力巻線に中間タップを設けて2分割(L21,L22)し、それらの出力を整流するダイオードD3,D4で全波整流回路を形成し、前記中間タップとの間に平滑コンデンサC3および直流負荷Loadが接続される。また、前記出力トランスT1に第1の補助巻線L12を設け、1次の主巻線L11と逆極性側をゲート抵抗R2を介してパワーMOSFETQ2のゲートに接続し、該補助巻線L12に生じる電圧でパワーMOSFETQ2を自励駆動できるように構成する。高圧側のパワーMOSFETQ1のゲート駆動回路についても同様に、出力トランスT1に第2の補助巻線L13を設け、1次の主巻線L11と同一極性側をゲート抵抗R1を介して前記パワーMOSFETQ1のゲートに接続し、該補助巻線L13に生じる電圧でパワーMOSFETQ1を自励駆動できるように構成する。こうして、2つの補助巻線L13,L12からの帰還電圧によって、パワーMOSFETQ1,Q2が交互にON/OFFして自励発振を継続する点は、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータである前記図9で示すスイッチング電源装置と同様である。   Further, an intermediate tap is provided in the output winding of the output transformer T1 and divided into two (L21, L22), and a full-wave rectifier circuit is formed by diodes D3 and D4 that rectify their outputs, and between the intermediate taps. A smoothing capacitor C3 and a DC load Load are connected. Further, the output transformer T1 is provided with a first auxiliary winding L12, the opposite polarity side of the primary main winding L11 is connected to the gate of the power MOSFET Q2 via the gate resistor R2, and the auxiliary winding L12 is generated. The power MOSFET Q2 is configured to be able to be self-excited with voltage. Similarly, for the gate drive circuit of the high-voltage side power MOSFET Q1, a second auxiliary winding L13 is provided in the output transformer T1, and the same polarity side as the primary main winding L11 is connected to the power MOSFET Q1 via the gate resistor R1. The power MOSFET Q1 is connected to the gate and configured so that the power MOSFET Q1 can be driven by self-excitation with the voltage generated in the auxiliary winding L13. Thus, the point that the power MOSFETs Q1 and Q2 are alternately turned ON / OFF alternately by the feedback voltages from the two auxiliary windings L13 and L12 to continue the self-excited oscillation is the voltage feedback type self-excited complex resonance series converter. This is the same as the switching power supply device shown in FIG.

注目すべきは、本実施の形態では、パワーMOSFETQ2のゲート−ソース間に、起動回路11が設けられることである。この起動回路11は、大略的に、起動用の内部電源Vcc、弛張発振回路12、発振検出回路13、論理ゲート回路14および出力回路15を備えて構成される。そして、弛張発振回路12から論理ゲート回路14を介して、起動パルスをパワーMOSFETQ2のゲートに与え、発振検出回路13で定常発振が検出されると、前記論理ゲート回路14が起動パルスの出力をブロックし、前記補助巻線L12に生じる帰還電圧で発振を継続させるようになっている。前記出力回路15はパワーアンプまたはバッファ回路から成り、その出力はダイオードD11を介して前記パワーMOSFETQ2のゲートに与えられる。   It should be noted that in the present embodiment, the activation circuit 11 is provided between the gate and the source of the power MOSFET Q2. The startup circuit 11 is generally configured to include an internal power supply Vcc for startup, a relaxation oscillation circuit 12, an oscillation detection circuit 13, a logic gate circuit 14, and an output circuit 15. Then, when the activation pulse is applied from the relaxation oscillation circuit 12 to the gate of the power MOSFET Q2 via the logic gate circuit 14, and the steady state oscillation is detected by the oscillation detection circuit 13, the logic gate circuit 14 blocks the output of the activation pulse. The oscillation is continued with the feedback voltage generated in the auxiliary winding L12. The output circuit 15 is composed of a power amplifier or a buffer circuit, and its output is given to the gate of the power MOSFET Q2 via a diode D11.

図2は、前記起動回路11の具体的な一構成例である起動回路111のブロック図である。前記弛張発振回路12は、National Semiconductor社製のLMC555などで実現されるタイマー用IC121から成る無安定マルチバイブレータであり、前記内部電源Vccに接続された抵抗R11,R12および共振コンデンサC11による直列回路の各接続点の電圧から、周波数およびONデューティを、容易かつ詳細に設定可能となっている。このIC121の出力を論理ゲート回路(NOT)16で反転し、2入力の論理ゲート回路(AND)14へ入力するとともに、前記論理ゲート回路14のもう一方の入力には、帰還巻線L12の一端からの帰還電圧を、発振検出回路13の抵抗R13、ダイオードD12およびコンデンサC12で構成した積分回路で積分した出力の反転信号を入力する。積分用のコンデンサC12には、放電用の抵抗R14が並列に接続されている。これらの抵抗R13,R14、ダイオードD12およびコンデンサC12は、前記発振検出回路13の一構成例である発振検出回路131を構成する。前記論理ゲート回路14の出力は、出力回路15からダイオードD11を介して、パワーMOSFETQ2のゲートに供給される。   FIG. 2 is a block diagram of an activation circuit 111 which is a specific configuration example of the activation circuit 11. The relaxation oscillation circuit 12 is an astable multivibrator composed of a timer IC 121 realized by an LMC555 manufactured by National Semiconductor, etc., and has a series circuit composed of resistors R11 and R12 connected to the internal power supply Vcc and a resonance capacitor C11. The frequency and ON duty can be set easily and in detail from the voltage at each connection point. The output of the IC 121 is inverted by a logic gate circuit (NOT) 16 and input to a two-input logic gate circuit (AND) 14. The other input of the logic gate circuit 14 is connected to one end of a feedback winding L 12. The inverted signal of the output obtained by integrating the feedback voltage from is integrated by an integrating circuit composed of the resistor R13, the diode D12, and the capacitor C12 of the oscillation detecting circuit 13. A discharging resistor R14 is connected in parallel to the integrating capacitor C12. The resistors R13 and R14, the diode D12, and the capacitor C12 constitute an oscillation detection circuit 131 that is a configuration example of the oscillation detection circuit 13. The output of the logic gate circuit 14 is supplied from the output circuit 15 to the gate of the power MOSFET Q2 via the diode D11.

図3は、上述のように構成される起動回路111の動作波形を示す図である。(a)〜(e)は、図2の各部a〜eにそれぞれ対応している。(a)はタイマー用IC121の出力信号を示し、(b)で示すその反転信号が、論理ゲート回路14の一方の入力に与えられる。起動するまでは、パワーMOSFETQ1,Q2はスイッチングをしておらず、したがって、(c)で示す帰還巻線L12からの帰還電圧は無く、(d)で示す発振検出回路131からの出力もローレベルのままであり、論理ゲート回路14の他方の入力はハイレベルとなっている。したがって、(e)で示す出力回路15からの出力は、前記(b)で示すタイマー用IC121の出力信号の反転信号がそのまま出力されることになる。   FIG. 3 is a diagram showing operation waveforms of the activation circuit 111 configured as described above. (A)-(e) respond | corresponds to each part ae of FIG. 2, respectively. (A) shows the output signal of the timer IC 121, and the inverted signal shown in (b) is given to one input of the logic gate circuit 14. Until startup, the power MOSFETs Q1 and Q2 are not switched. Therefore, there is no feedback voltage from the feedback winding L12 shown in (c), and the output from the oscillation detection circuit 131 shown in (d) is also at a low level. Thus, the other input of the logic gate circuit 14 is at a high level. Therefore, the output from the output circuit 15 shown in (e) is an inverted signal of the output signal of the timer IC 121 shown in (b).

これに対して、前記のタイマー用IC121からの起動パルスによって自励発振を開始すると、帰還巻線L12から(c)に示す帰還電圧が得られ、積分回路を構成するコンデンサC12には(d)に示す直流電位が発生するので、発振検出回路131の出力はハイレベルとなる。この結果、論理ゲート回路14が他方の入力でブロックされて、前記起動パルスが起動と同時に消滅して、以降、前記帰還電圧による自励発振に切り替わる。   On the other hand, when self-excited oscillation is started by the start pulse from the timer IC 121, the feedback voltage shown in (c) is obtained from the feedback winding L12, and the capacitor C12 constituting the integrating circuit has (d) Is generated, the output of the oscillation detection circuit 131 is at a high level. As a result, the logic gate circuit 14 is blocked by the other input, and the start pulse disappears at the same time as the start, and thereafter, it switches to self-excited oscillation by the feedback voltage.

図3では、弛張発振回路であるタイマー用IC121の出力のパルス幅が、前記直列共振回路の共振周期の1/2以下であり、かつパルス周期は共振コンデンサC1が起動に先立って充電される時定数以上に選ばれている。ここで、前記パワーMOSFETQ2のゲートに起動パルスを与えるにあたって、その起動パルスはタイミングが重要で、しかも共振コンデンサC1に充分な電荷が貯まっていないとその起動パルスによる補助巻線L13の誘起電圧で他方のパワーMOSFETQ1をONさせることができないので、上記のように選ぶことで、確実な起動を行わせることができる。   In FIG. 3, the pulse width of the output of the timer IC 121, which is a relaxation oscillation circuit, is ½ or less of the resonance period of the series resonance circuit, and the pulse period is when the resonance capacitor C1 is charged prior to activation. It is chosen more than a constant. Here, when giving a starting pulse to the gate of the power MOSFET Q2, the timing of the starting pulse is important, and if sufficient charge is not stored in the resonant capacitor C1, the other voltage is induced in the auxiliary winding L13 by the starting pulse. Since the power MOSFET Q1 cannot be turned on, by selecting as described above, reliable activation can be performed.

このように構成することで、起動後は起動回路(タイマー用IC121)の影響を受けることなく、帰還巻線L12からの帰還電圧によって定常発振を継続し、発振が停止した場合は速やかに起動動作に入ることが可能である。このような構成によって、弛張発振回路(前記タイマー用IC121)のCR定数で起動パルスの周期や幅を容易に設定でき、適切な起動条件の設定を容易に行うことができる。また、内部電源Vccによって、前記起動パルスの電圧選定が可能になる。   With such a configuration, after starting, steady oscillation is continued by the feedback voltage from the feedback winding L12 without being affected by the starting circuit (timer IC 121), and when the oscillation stops, the starting operation is promptly performed. It is possible to enter. With such a configuration, the period and width of the activation pulse can be easily set by the CR constant of the relaxation oscillation circuit (the timer IC 121), and appropriate activation conditions can be easily set. Further, the voltage of the start pulse can be selected by the internal power supply Vcc.

図4は、前記起動回路11の具体的な他の構成例である起動回路112のブロック図である。この起動回路112は、前述の起動回路111に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この起動回路112では、前記積分回路から成る発振検出回路131の出力を、論理ゲート回路(NOT)17で反転してタイマー用IC121のReset端子へ入力し、この起動回路112の弛張発振を停止させることである。この起動回路112における各部の波形を図5で示す。(a)〜(e)は、図4の各部a〜eにそれぞれ対応している。(d’)は、前記論理ゲート17の出力であり、前記発振検出回路131で帰還巻線L12からの帰還電圧が検出されると、該論理ゲート17からの出力がアクティブのローレベルとなり、タイマー用IC121をResetする。これによって、自励発振が開始されると、仮想線で示すように、前記タイマー用IC121の弛張発振が停止され、論理ゲート16からの反転パルスも出力されなくなる。   FIG. 4 is a block diagram of a startup circuit 112 which is another specific configuration example of the startup circuit 11. The activation circuit 112 is similar to the activation circuit 111 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. It should be noted that in this activation circuit 112, the output of the oscillation detection circuit 131 composed of the integration circuit is inverted by the logic gate circuit (NOT) 17 and input to the Reset terminal of the timer IC 121. It is to stop the relaxation oscillation. The waveform of each part in this starting circuit 112 is shown in FIG. (A)-(e) respond | corresponds to each part ae of FIG. 4, respectively. (D ′) is the output of the logic gate 17, and when the oscillation detection circuit 131 detects the feedback voltage from the feedback winding L12, the output from the logic gate 17 becomes an active low level, and the timer The IC 121 is reset. Thus, when the self-excited oscillation is started, the relaxation oscillation of the timer IC 121 is stopped and the inverted pulse from the logic gate 16 is not output, as indicated by a virtual line.

このように構成することで、起動後は起動回路112の影響を受けることなく、帰還巻線L12からの帰還電圧によって定常発振を継続し、発振が停止した場合は速やかに起動動作に入ることが可能になるとともに、省電力化を図ることができる。   By configuring in this way, after starting up, steady oscillation is continued by the feedback voltage from the feedback winding L12 without being influenced by the starting circuit 112, and when the oscillation stops, the starting operation can be started promptly. It becomes possible and power saving can be achieved.

上述の起動回路11(111,112)は、内部電源Vccを使用している。このため、前記起動パルスの電力を削減することが望まれ、図6には、その具体的な手法を示す。前述のとおり、図6(a)で示すように、起動回路11からの起動パルスによる電流がゲート抵抗R2から帰還巻線L12を介して流れ、ゲート抵抗R2にはこの図6(a)で示す極性に電圧が発生する。この電圧が実質起動パルスとしてパワーMOSFETQ2のゲートに供給されることになる。ところが、前記ゲート抵抗R2は、パワーMOSFETQ2のゲート容量との積分効果で生じるスイッチング遅れを考慮して、数十Ω以下に設定されることから、起動パルスの電源に要求される容量が大きくなってしまい、上述のようにその容量の削減が望まれる。   The startup circuit 11 (111, 112) described above uses the internal power supply Vcc. For this reason, it is desired to reduce the power of the start pulse, and FIG. 6 shows a specific method. As described above, as shown in FIG. 6A, the current due to the start pulse from the start circuit 11 flows from the gate resistor R2 through the feedback winding L12, and the gate resistor R2 is shown in FIG. 6A. Voltage is generated in the polarity. This voltage is supplied as a substantial activation pulse to the gate of the power MOSFET Q2. However, since the gate resistor R2 is set to several tens of Ω or less in consideration of the switching delay caused by the integration effect with the gate capacitance of the power MOSFET Q2, the capacitance required for the power source of the starting pulse increases. Therefore, it is desired to reduce the capacity as described above.

このような課題の解決手法を、図6(b)〜(i)に示す。図6(b)は、原理的な手法を示すもので、前記ゲート抵抗R2からパワーMOSFETQ2のゲートに直列に挿入されたスイッチSWの切替えによって、起動時は帰還巻線L12側の回路を遮断し、起動後は起動回路11側を遮断することを表している。   A method for solving such a problem is shown in FIGS. FIG. 6 (b) shows a principle method. By switching the switch SW inserted in series from the gate resistor R2 to the gate of the power MOSFET Q2, the circuit on the feedback winding L12 side is cut off at the time of start-up. This means that the startup circuit 11 side is shut off after startup.

このような起動補助手段として、前記のスイッチSWのように、遮断側を完全に開放するものに限らず、高インピーダンスにするものであってもよい。たとえば、図6(c)は、前記ゲート抵抗R2からパワーMOSFETQ2のゲート間に直列に、前記帰還電圧が順方向となるようにダイオードD21を挿入し、そのダイオードD21によって前記起動回路11からの起動パルスの帰還巻線L12側への廻り込みを防ぎ(高インピーダンス)、起動後は該ダイオードD21をバイパスするスイッチSWをONさせて(導通)、逆バイアス時にゲートに残留した電荷を放出させてOFFを維持させている。   Such activation assisting means is not limited to one that completely opens the shut-off side, such as the switch SW, and may be one that has a high impedance. For example, in FIG. 6C, a diode D21 is inserted in series between the gate resistor R2 and the gate of the power MOSFET Q2 so that the feedback voltage is in the forward direction, and the start-up from the start-up circuit 11 is performed by the diode D21. Prevents the wraparound of the pulse to the feedback winding L12 side (high impedance). After startup, turn on the switch SW that bypasses the diode D21 (conduction), and release the charge remaining on the gate during reverse bias and turn it off. Is maintained.

図6(d)は、図6(c)でのダイオードD21とスイッチSWとをMOSFETQ21で構成した例である。図6(e)は、前記ダイオードD21と並列に抵抗R21を接続し、逆バイアスの確保と起動パルスの消費電力の削減とを考慮したものである。   FIG. 6D shows an example in which the diode D21 and the switch SW in FIG. FIG. 6E shows a case in which a resistor R21 is connected in parallel with the diode D21 to ensure the reverse bias and reduce the power consumption of the start pulse.

図6(f)は、前記ダイオードD21の代わりに、ツェナダイオードZDを用いたものである。このように構成することで、前記ツェナダイオードZDのツェナ電圧をパワーMOSFETQ2のスレシホールド電圧Vth以上に設定することで、或る程度の逆バイアス確保と、起動パルスの消費電力の削減とが可能である。   In FIG. 6F, a Zener diode ZD is used instead of the diode D21. With this configuration, by setting the Zener voltage of the Zener diode ZD to be equal to or higher than the threshold voltage Vth of the power MOSFET Q2, it is possible to secure a certain degree of reverse bias and reduce the power consumption of the start pulse. It is.

図6(g)は、前記ゲート抵抗R2からパワーMOSFETQ2のゲートに直列に挿入したダイオードD21によって逆バイアスが阻止されるのを、ゲート−ソース間に設けたスイッチSWで解消するもので、図6(h)に示したような具体回路で構成される。すなわち、同期回路20で逆バイアスが必要な期間を検出し、その間はダイオードD22を介してMOSFETQ22をONさせてゲートに残留した電荷を放出してOFFを維持するものである。   FIG. 6G shows that the reverse bias is prevented by the diode D21 inserted in series from the gate resistor R2 to the gate of the power MOSFET Q2 with the switch SW provided between the gate and the source. It is configured by a concrete circuit as shown in (h). That is, the period in which the reverse bias is necessary is detected by the synchronizing circuit 20, and during that period, the MOSFET Q22 is turned on via the diode D22, and the charge remaining on the gate is discharged to keep it OFF.

図6(i)は、起動パルスの廻り込み抑制手段として、コンデンサC21とダイオードD23との並列回路を用いた例であり、ダイオードD23の代わりにツェナダイオードを用いたり、放電抵抗R22を設けるなど、適宜工夫が可能である。これら図6で示したような構成によって、起動パルスの電源容量を低減することが可能である。   FIG. 6 (i) shows an example in which a parallel circuit of a capacitor C21 and a diode D23 is used as a starting pulse wraparound suppression means. For example, a Zener diode is used instead of the diode D23, or a discharge resistor R22 is provided. A device can be appropriately devised. With the configuration as shown in FIG. 6, it is possible to reduce the power supply capacity of the start pulse.

本発明の実施の一形態に係る電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータであるスイッチング電源装置のブロック図である。1 is a block diagram of a switching power supply device that is a voltage feedback type self-excited composite resonance series converter according to an embodiment of the present invention. FIG. 前記スイッチング電源装置における起動回路の具体的な一構成例のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a specific configuration example of a startup circuit in the switching power supply device. 図2で示す起動回路の動作波形図である。FIG. 3 is an operation waveform diagram of the activation circuit shown in FIG. 2. 前記スイッチング電源装置における起動回路の具体的な他の構成例のブロック図である。It is a block diagram of the concrete other structural example of the starting circuit in the said switching power supply device. 図4で示す起動回路の動作波形図である。FIG. 5 is an operation waveform diagram of the activation circuit shown in FIG. 4. 前記起動回路の省電力化を実現するゲート駆動回路の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the gate drive circuit which implement | achieves the power saving of the said starting circuit. 他励式複合共振直列コンバータの基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of a separately excited composite resonance series converter. 図7の動作波形図である。FIG. 8 is an operation waveform diagram of FIG. 7. 従来の電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of the conventional voltage feedback type self-excitation compound resonance series converter. 図9の動作波形図である。FIG. 10 is an operation waveform diagram of FIG. 9.

符号の説明Explanation of symbols

11;111,112 起動回路
12 弛張発振回路
121 タイマー用IC
13,131 発振検出回路
14,16,17 論理ゲート回路
15 出力回路
20 同期回路
C0 コンデンサ(電源平滑用)
C1 共振コンデンサ
C2 コンデンサ(デッドタイム用)
C3 平滑コンデンサ
C11 コンデンサ
D1〜D4;D11,D12;D21,D22,D23 ダイオード
E 直流入力電源
L インダクタ
L11 1次巻線
L12,L13 補助巻線
Load 直流負荷
Q1,Q2 パワーMOSFET
Q21,Q22 MOSFET
R1,R2 ゲート抵抗
R4 抵抗(起動用)
R11〜R14;R21 抵抗
R22 放電抵抗
T1 出力トランス
SW スイッチ
Vcc 内部電源
ZD ツェナダイオード
11; 111, 112 Start-up circuit 12 Relaxation oscillation circuit 121 IC for timer
13, 131 Oscillation detection circuits 14, 16, 17 Logic gate circuit 15 Output circuit 20 Synchronization circuit C0 Capacitor (for power supply smoothing)
C1 resonant capacitor C2 capacitor (for dead time)
C3 Smoothing capacitor C11 Capacitors D1 to D4; D11, D12; D21, D22, D23 Diode E DC input power supply L Inductor L11 Primary winding L12, L13 Auxiliary winding Load DC load Q1, Q2 Power MOSFET
Q21, Q22 MOSFET
R1, R2 Gate resistance R4 Resistance (for starting)
R11 to R14; R21 resistor R22 discharge resistor T1 output transformer SW switch Vcc internal power supply ZD Zener diode

Claims (6)

直流入力電源の両端子間に第1および第2のスイッチング素子から成る直列回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記直流入力電源の一方の端子との間に、インダクタ、共振コンデンサおよび出力トランスの1次巻線から成る直列共振回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子のスイッチングにより得られた出力トランスの2次側誘起電流をダイオードおよび平滑コンデンサによって整流・平滑化して出力し、前記出力トランスの第1および第2の補助巻線に誘起された電圧を前記第1および第2のスイッチング素子の制御端子に与えることでスイッチングを継続するようにした電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータから成るスイッチング電源装置において、
制御電源と、
前記制御電源によって付勢される発振回路と、
前記第1および第2の補助巻線の少なくとも一方の誘起電圧が、対応するスイッチング素子をスイッチングさせることができる所定のレベルに達しているか否かを判定する発振検出回路と、
前記発振検出回路の判定結果に応答し、前記所定のレベルに達していない期間は前記発振回路の発振信号を起動信号として前記対応するスイッチング素子に与え、前記所定のレベルに達すると前記発振回路の発振信号が対応するスイッチング素子に与えられないようにブロックする論理回路とを備えて構成される起動回路を含むことを特徴とするスイッチング電源装置。
A series circuit composed of first and second switching elements is connected between both terminals of the DC input power supply, and between the connection point of the first and second switching elements and one terminal of the DC input power supply, A series resonant circuit comprising an inductor, a resonant capacitor and a primary winding of an output transformer is connected, and a secondary induced current of the output transformer obtained by switching of the first and second switching elements is generated by a diode and a smoothing capacitor. Rectification / smoothing is output, and the voltage induced in the first and second auxiliary windings of the output transformer is applied to the control terminals of the first and second switching elements to continue switching. In a switching power supply comprising a voltage feedback type self-excited composite resonant series converter,
Control power,
An oscillation circuit energized by the control power supply;
An oscillation detection circuit that determines whether an induced voltage of at least one of the first and second auxiliary windings has reached a predetermined level at which a corresponding switching element can be switched;
In response to the determination result of the oscillation detection circuit, the oscillation signal of the oscillation circuit is supplied to the corresponding switching element as a start signal during a period when the predetermined level is not reached, and when the predetermined level is reached, the oscillation circuit A switching power supply comprising: a startup circuit configured to include a logic circuit that blocks an oscillation signal from being applied to a corresponding switching element.
前記発振回路は、弛張発振回路から成ることを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。   2. The switching power supply device according to claim 1, wherein the oscillation circuit comprises a relaxation oscillation circuit. 前記発振検出回路は、前記第1および第2の補助巻線の少なくとも一方の誘起電圧が前記所定のレベルに達すると、前記弛張発振回路の動作を停止させることを特徴とする請求第2項記載のスイッチング電源装置。   3. The oscillation detecting circuit according to claim 2, wherein when the induced voltage of at least one of the first and second auxiliary windings reaches the predetermined level, the oscillation detecting circuit stops the operation of the relaxation oscillation circuit. Switching power supply. 前記弛張発振回路の出力のパルス幅は、前記直列共振回路の共振周期の1/2以下であり、かつパルス周期は前記共振コンデンサが起動に先立って充電される時定数以上であることを特徴とする請求項2または3記載のスイッチング電源装置。   The pulse width of the output of the relaxation oscillation circuit is ½ or less of the resonance period of the series resonance circuit, and the pulse period is more than a time constant for charging the resonance capacitor prior to starting. The switching power supply device according to claim 2 or 3. 前記第1および第2の補助巻線からの帰還電圧がない場合は、該第1および第2の補助巻線から対応する第1および第2のスイッチング素子の制御端子に至る回路を開放または高インピーダンスとし、該第1および第2の補助巻線からの帰還電圧が発生した後に前記回路を導通または低インピーダンスにする起動補助手段を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。   When there is no feedback voltage from the first and second auxiliary windings, the circuit from the first and second auxiliary windings to the control terminals of the corresponding first and second switching elements is opened or high. 5. The apparatus according to claim 1, further comprising start assisting means for setting impedance and making the circuit conductive or low impedance after the feedback voltage from the first and second auxiliary windings is generated. The switching power supply device described in 1. 前記起動補助手段は、第1および第2の補助巻線から対応する第1および第2のスイッチング素子の制御端子に至る回路に直列に、当該方向が順方向となるように挿入されるダイオードと、該ダイオードと並列に設けられ、該ダイオードの逆バイアス時にONするスイッチとを備えて構成されることを特徴とする請求項5記載のスイッチング電源装置。   The start-up assisting means includes a diode inserted in series with a circuit extending from the first and second auxiliary windings to the control terminals of the corresponding first and second switching elements so that the direction is a forward direction. 6. The switching power supply device according to claim 5, further comprising a switch provided in parallel with the diode and turned on when the diode is reverse-biased.
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