JP2012182932A - Switching power supply device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply device which can ensure high efficiency without increasing the cost.SOLUTION: The switching power supply device 1A comprises a main transformer 3 and a switching element 4 connected in series with a DC power supply 2, a control circuit 5A which controls the switching element 4, a capacitor 10 which is charged when the switching element 4 is turned off and discharged when the switching element 4 is turned on, and an auxiliary transformer 14 consisting of a primary winding 14a through which the discharge current from the capacitor 10 flows, and a secondary winding 14b generating a secondary current corresponding to the discharge current. The switching power supply device 1A is further provided with a first diode 11 provided between the primary winding 3a of the main transformer 3 and the switching element 4 and connected forward in the direction from the primary winding 3a of the main transformer 3 toward the switching element 4, and the discharge current flows into the joint of the first diode 11 and the switching element 4 and then flows to the switching element 4 side.

Description

本発明は、スイッチング電源装置に関し、特に、スイッチング動作に伴って発生する損失を低減するためのスナバ回路を備えたスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply device, and more particularly, to a switching power supply device including a snubber circuit for reducing a loss caused by a switching operation.

従来のスイッチング電源装置としては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。図3に示すように、従来のスイッチング電源装置1Bは、直流電圧を供給する直流電源2の一端に一次側巻線3aの一端が接続されたトランス3(なおトランスについては、黒丸印が付された側を一端(巻き始め)、黒丸印が付された側と反対側を他端(巻き終わり)とする。以下同じ。)と、トランス3の一次側巻線3aの他端に直列接続されたスイッチング素子としてのトランジスタ4と、トランジスタ4のスイッチング動作を制御する制御回路5Bと、トランス3の二次側巻線3bに並列接続されたダイオード6およびコンデンサ7からなる整流平滑回路と、スナバ回路9Bとを備え、制御回路5Bの制御下でトランジスタ4がスイッチング動作することにより直流電圧を昇圧または降圧してなる出力電圧V0が、整流平滑回路の出力端に並列接続された負荷8に供給されるようになっている。 As a conventional switching power supply device, for example, the one described in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 3, the conventional switching power supply device 1B includes a transformer 3 in which one end of a primary side winding 3a is connected to one end of a DC power supply 2 that supplies a DC voltage. The other end (the end of winding), the same applies hereinafter) and the other end of the primary winding 3a of the transformer 3 are connected in series. A transistor 4 as a switching element, a control circuit 5B for controlling the switching operation of the transistor 4, a rectifying and smoothing circuit including a diode 6 and a capacitor 7 connected in parallel to the secondary winding 3b of the transformer 3, and a snubber circuit a 9B, the control circuit output voltage V 0 which under the control transistor 4 is formed by the step-up or step down the DC voltage by operating switching 5B are the output of the rectifying and smoothing circuit It is supplied in parallel connected load 8.

また、スナバ回路9Bは、トランス3の一次側巻線3aとトランジスタ4との接続部にアノードが接続されたダイオード12と、ダイオード12のカソードに直列接続された共振用のコンデンサ10と、ダイオード12のカソードに一端が接続された一次側巻線14aおよび直流電源2の一端にダイオード13を介して一端が接続された二次側巻線14bからなる補助トランス14と、補助トランス14の一次側巻線14aの他端に接続された補助トランジスタ15とを有している。   Further, the snubber circuit 9B includes a diode 12 having an anode connected to a connection portion between the primary winding 3a of the transformer 3 and the transistor 4, a resonance capacitor 10 connected in series to the cathode of the diode 12, and a diode 12 An auxiliary transformer 14 composed of a primary side winding 14a having one end connected to the cathode and a secondary side winding 14b having one end connected to one end of the DC power source 2 via a diode 13, and a primary side winding of the auxiliary transformer 14. And an auxiliary transistor 15 connected to the other end of the line 14a.

補助トランジスタ15は、基本的には、トランジスタ4と同時にオン(またはオフ)状態になるように、制御回路5Bから出力される制御信号に基づいてスイッチング動作を行っている。   The auxiliary transistor 15 basically performs a switching operation based on a control signal output from the control circuit 5B so as to be turned on (or turned off) simultaneously with the transistor 4.

このスイッチング電源装置1Bによれば、トランジスタ4および補助トランジスタ15がターンオフした際に、トランス3の一次側巻線3aを流れる電流I0がダイオード12を経由してコンデンサ10に流れ込みコンデンサ10が充電されるので、トランジスタ4および補助トランジスタ15のコレクタ・エミッタ間電圧の立ち上がり速度を遅らせることができ、トランジスタ4および補助トランジスタ15のターンオフ損失を低減することができる。 According to this switching power supply device 1B, when the transistor 4 and the auxiliary transistor 15 are turned off, the current I 0 flowing through the primary winding 3a of the transformer 3 flows into the capacitor 10 via the diode 12 and the capacitor 10 is charged. Therefore, the rising speed of the collector-emitter voltage of the transistor 4 and the auxiliary transistor 15 can be delayed, and the turn-off loss of the transistor 4 and the auxiliary transistor 15 can be reduced.

また、このスイッチング電源装置1Bによれば、トランジスタ4および補助トランジスタ15がターンオンした際に、コンデンサ10が放電して補助トランス14の一次側巻線14aに放電電流が流れるとともに、放電電流に応じて補助トランス14の二次側巻線14bに生じた二次電流がダイオード13を経由してトランス3の一次側巻線3aに向かって流れるので、コンデンサ10の放電エネルギーの回生が可能になり、高効率化を実現することができる。   In addition, according to the switching power supply device 1B, when the transistor 4 and the auxiliary transistor 15 are turned on, the capacitor 10 is discharged and a discharge current flows through the primary winding 14a of the auxiliary transformer 14, and according to the discharge current. Since the secondary current generated in the secondary winding 14b of the auxiliary transformer 14 flows toward the primary winding 3a of the transformer 3 through the diode 13, the discharge energy of the capacitor 10 can be regenerated, and the high current Efficiency can be realized.

特開平11−318075号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-318075

しかしながら、図3に示す従来のスイッチング電源装置1Bは、コンデンサ10の放電電流を補助トランス14の一次側巻線14aに流すのに補助トランジスタ15を必要とするため、装置全体として計2個のトランジスタと、これら2個のトランジスタを制御するための制御回路5Bとが必要となり、部品点数の増加によるコスト増大を招いていた。   However, since the conventional switching power supply 1B shown in FIG. 3 requires the auxiliary transistor 15 to flow the discharge current of the capacitor 10 to the primary winding 14a of the auxiliary transformer 14, a total of two transistors as the entire device. In addition, a control circuit 5B for controlling these two transistors is required, resulting in an increase in cost due to an increase in the number of components.

また、従来のスイッチング電源装置1Bは、補助トランジスタ15のコレクタ電流がトランジスタ4のコレクタ電流よりも小さいので、トランジスタ4よりも容量が小さくスイッチングスピードが速いトランジスタを補助トランジスタ15として使用することが多い。このため、従来のスイッチング電源装置1Bでは、補助トランジスタ15とトランジスタ4とを同時にオン(またはオフ)状態にさせるために、補助トランジスタ15と制御回路5Bとの間にCR回路等の遅延回路(不図示)を設け、制御回路5Bから出力される補助トランジスタ15の制御信号を遅延させる必要があった。   In the conventional switching power supply device 1B, since the collector current of the auxiliary transistor 15 is smaller than the collector current of the transistor 4, a transistor having a smaller capacity and a faster switching speed than the transistor 4 is often used as the auxiliary transistor 15. Therefore, in the conventional switching power supply device 1B, in order to turn on the auxiliary transistor 15 and the transistor 4 at the same time (or off), a delay circuit such as a CR circuit (not connected) is provided between the auxiliary transistor 15 and the control circuit 5B. It is necessary to delay the control signal of the auxiliary transistor 15 output from the control circuit 5B.

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、コストを増大させることなく、比較的容易に高効率化を実現できるスイッチング電源装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a switching power supply device that can achieve high efficiency relatively easily without increasing the cost.

上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、直流電圧を供給する直流電源に一次側巻線が直列接続された主トランスと、主トランスの一次側巻線に直列接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、スイッチング素子がターンオフした際に主トランスの一次側巻線を介して充電されるとともにスイッチング素子がターンオンした際に放電するコンデンサと、コンデンサの放電電流が流れる一次側巻線および放電電流に応じた二次電流を発生させる二次側巻線からなる補助トランスとを備え、二次電流が主トランスの一次側巻線に流れる電流の一部として利用されるスイッチング電源装置であって、主トランスの一次側巻線とスイッチング素子との間に設けられ、主トランスの一次側巻線からスイッチング素子に向かう方向に順方向接続された第1ダイオードをさらに備え、放電電流は、補助トランジスタの一次側巻線を介して第1ダイオードとスイッチング素子との接続部に流れ込んだ後、スイッチング素子側に流れることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a switching power supply according to the present invention includes a main transformer in which a primary winding is connected in series to a DC power supply that supplies a DC voltage, and a primary transformer in which a primary winding is connected in series. A switching element, a control circuit that controls the switching operation of the switching element, a capacitor that is charged through the primary winding of the main transformer when the switching element is turned off, and that is discharged when the switching element is turned on, and a capacitor A secondary winding that generates a secondary current corresponding to the discharge current, and a secondary current that flows through the primary winding of the main transformer. A switching power supply device used as a main part, provided between the primary side winding of the main transformer and the switching element, A first diode connected in a forward direction from the primary winding to the switching element, and a discharge current is connected to the connection between the first diode and the switching element via the primary winding of the auxiliary transistor. After flowing in, it flows to the switching element side.

この構成によれば、1個のスイッチング素子(例えば、トランジスタ)で主トランスの一次側巻線を流れる電流の制御と、補助トランスの一次側巻線を流れる放電電流の制御とを行っている。すなわち、スイッチング素子がターンオンすると、コンデンサからの放電電流が補助トランスの一次側巻線を介して第1ダイオードとスイッチング素子との接続部に流れ込んだ後、スイッチング素子側に流れる。補助トランスの一次側巻線にコンデンサからの放電電流が流れると、補助トランスの二次側巻線に電圧が発生し、当該電圧に基づく二次電流が主トランスの一次側巻線に流れる電流の一部として利用される。このため、新たなトランジスタを追加することなく、従来と同様の損失低減効果を得ることができる。また、この構成によれば、制御回路をより簡易な構成にすることができ、CR回路等の遅延回路も不要になるので、コストを削減することができる。   According to this configuration, control of the current flowing through the primary side winding of the main transformer and control of the discharge current flowing through the primary side winding of the auxiliary transformer are performed by one switching element (for example, a transistor). That is, when the switching element is turned on, the discharge current from the capacitor flows into the connection portion between the first diode and the switching element through the primary side winding of the auxiliary transformer and then flows to the switching element side. When the discharge current from the capacitor flows in the primary winding of the auxiliary transformer, a voltage is generated in the secondary winding of the auxiliary transformer, and the secondary current based on the voltage is the current flowing in the primary winding of the main transformer. Used as part. Therefore, it is possible to obtain the same loss reduction effect as before without adding a new transistor. Further, according to this configuration, the control circuit can be made simpler, and a delay circuit such as a CR circuit is not necessary, so that the cost can be reduced.

また、本発明に係るスイッチング電源装置は、第1ダイオードと主トランスの一次側巻線との接続部にアノードが接続され、かつコンデンサにカソードが接続された第2ダイオードをさらに備え、第1ダイオードは、主トランスの一次側巻線にアノードが接続され、かつスイッチング素子にカソードが接続されており、補助トランスの一次側巻線は、第2ダイオードとコンデンサとの接続部に一端が接続され、かつ第1ダイオードとスイッチング素子との接続部に他端が接続された構成とすることができる。
この構成によれば、コンデンサからの放電が終了して補助トランスの一次側巻線に発生していた電圧が反転したとしても、第1ダイオードの存在により、補助トランスの一次側巻線の両端が第2ダイオードで短絡して損失が発生するのを防ぐことができる。
The switching power supply according to the present invention further includes a second diode having an anode connected to a connection portion between the first diode and the primary side winding of the main transformer, and a cathode connected to the capacitor. The anode is connected to the primary side winding of the main transformer, and the cathode is connected to the switching element. The primary side winding of the auxiliary transformer has one end connected to the connection part of the second diode and the capacitor, And it can be set as the structure by which the other end was connected to the connection part of a 1st diode and a switching element.
According to this configuration, even if the discharge from the capacitor is finished and the voltage generated in the primary winding of the auxiliary transformer is inverted, both ends of the primary winding of the auxiliary transformer are It is possible to prevent a loss caused by a short circuit with the second diode.

また、補助トランスの二次側巻線に発生した電圧に基づく二次電流を主トランスの一次側巻線に流れる電流の一部として利用するために、補助トランスの二次側巻線にアノードが接続され、カソードが主トランスの一次側巻線に導通接続された第3ダイオードをさらに備えることが好ましい。   In order to use the secondary current based on the voltage generated in the secondary side winding of the auxiliary transformer as a part of the current flowing in the primary side winding of the main transformer, an anode is provided on the secondary side winding of the auxiliary transformer. It is preferable to further include a third diode connected and having a cathode conductively connected to the primary winding of the main transformer.

さらに、本発明に係るスイッチング電源装置は、直流電源に並列接続された平滑コンデンサをさらに備えていることが好ましい。   Furthermore, the switching power supply according to the present invention preferably further includes a smoothing capacitor connected in parallel to the DC power supply.

この構成によれば、放電電流に応じて補助トランスの二次側巻線に生じた二次電流が、主トランスの一次側巻線に流れる電流として消費しきれない場合であっても、この二次電流を平滑コンデンサに回生させることができるので、さらなる高効率化を実現することができる。   According to this configuration, even if the secondary current generated in the secondary winding of the auxiliary transformer according to the discharge current cannot be consumed as the current flowing in the primary winding of the main transformer, Since the secondary current can be regenerated in the smoothing capacitor, further higher efficiency can be realized.

本発明によれば、コストを増大させることなく、比較的容易に高効率化を実現できるスイッチング電源装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the switching power supply device which can implement | achieve efficiency improvement comparatively easily can be provided, without increasing cost.

本発明に係るスイッチング電源装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a switching power supply device according to the present invention. 本発明に係るスイッチング電源装置の各部の電圧および電流波形図である。It is a voltage and current waveform diagram of each part of the switching power supply according to the present invention. 従来のスイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the conventional switching power supply device.

以下、添付図面を参照して、本発明に係るスイッチング電源装置の好ましい実施形態について説明する。なお、図1に示す構成要素のうち、図3の説明で使用した構成要素と同一の構成要素については同一の参照符号を用いるものとする。   Hereinafter, preferred embodiments of a switching power supply according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 that are the same as those used in the description of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.

図1に、本実施形態に係るフォワード方式のスイッチング電源装置1Aを示す。同図に示すように、スイッチング電源装置1Aは、直流電圧を供給する直流電源2の一端に一次側巻線3aが直列接続されたトランス3(本発明の「主トランス」に相当)と、トランス3の一次側巻線3aに直列接続された本発明の「スイッチング素子」に相当するNPN型トランジスタ(以下、単に「トランジスタ」という。)4と、トランジスタ4のスイッチング動作を制御する制御回路5Aと、トランス3の二次側巻線3bに並列接続されたダイオード6およびコンデンサ7からなる整流平滑回路と、直流電源2とトランス3の一次側巻線3aとの間に設けられたスナバ回路9Aとを備えている。このスイッチング電源装置1Aは、制御回路5Aの制御下でトランジスタ4がスイッチング動作することにより直流電圧を昇圧または降圧してなる出力電圧V0を、整流平滑回路の出力端に並列接続された負荷8に供給している。 FIG. 1 shows a forward switching power supply device 1A according to the present embodiment. As shown in the figure, a switching power supply 1A includes a transformer 3 (corresponding to a “main transformer” of the present invention) in which a primary winding 3a is connected in series to one end of a DC power supply 2 that supplies a DC voltage, An NPN transistor (hereinafter simply referred to as “transistor”) 4 corresponding to the “switching element” of the present invention connected in series to the primary side winding 3a of FIG. 3, and a control circuit 5A for controlling the switching operation of the transistor 4; A rectifying / smoothing circuit comprising a diode 6 and a capacitor 7 connected in parallel to the secondary winding 3b of the transformer 3, and a snubber circuit 9A provided between the DC power source 2 and the primary winding 3a of the transformer 3. It has. This switching power supply device 1A includes a load 8 connected in parallel to an output terminal of a rectifying and smoothing circuit, an output voltage V 0 obtained by stepping up or stepping down a DC voltage by switching operation of the transistor 4 under the control of the control circuit 5A. To supply.

スナバ回路9Aは、共振用のコンデンサ10と、第1ダイオード11と、第2ダイオード12と、第3ダイオード13と、一次側巻線14aおよび二次側巻線14bからなる補助トランス14とを有している。   The snubber circuit 9A includes a resonance capacitor 10, a first diode 11, a second diode 12, a third diode 13, and an auxiliary transformer 14 including a primary side winding 14a and a secondary side winding 14b. is doing.

コンデンサ10は、トランジスタ4がターンオフした際に充電されるとともにトランジスタ4がターンオンした際に放電するものであり、第2ダイオード12を介してトランス3の一次側巻線3aの他端(図1中の黒丸印を一端としたとき)に一端が接続され、かつトランジスタ4のエミッタに他端が接続されている。   The capacitor 10 is charged when the transistor 4 is turned off and is discharged when the transistor 4 is turned on. The other end of the primary winding 3a of the transformer 3 via the second diode 12 (in FIG. 1). One end is connected to the emitter of the transistor 4, and the other end is connected to the emitter of the transistor 4.

第1ダイオード11は、トランス3の一次側巻線3aの他端にアノードが接続され、かつトランジスタ4のコレクタにカソードが接続されている。第2ダイオード12は、トランス3の一次側巻線3aの他端(第1ダイオード11とトランス3の一次側巻線3aとの接続部)にアノードが接続され、かつコンデンサ10の一端にカソードが接続されている。また、第3ダイオード13は、補助トランス14の二次側巻線14bの一端にアノードが接続され、かつトランス3の一次側巻線3aの一端にカソードが接続されている。なお、第1ダイオード11には、トランジスタ4のコレクタ電流とほぼ同じ大きさの電流が流れ、コンデンサ10の充電電圧とほぼ同じ大きさの電圧が印加されるので、これらの電流や電圧に耐えられる高速ダイオードが用いられている。   The first diode 11 has an anode connected to the other end of the primary winding 3 a of the transformer 3 and a cathode connected to the collector of the transistor 4. The second diode 12 has an anode connected to the other end of the primary winding 3 a of the transformer 3 (a connection portion between the first diode 11 and the primary winding 3 a of the transformer 3), and a cathode connected to one end of the capacitor 10. It is connected. The third diode 13 has an anode connected to one end of the secondary winding 14 b of the auxiliary transformer 14 and a cathode connected to one end of the primary winding 3 a of the transformer 3. The first diode 11 has a current substantially the same as the collector current of the transistor 4 and a voltage substantially the same as the charging voltage of the capacitor 10 is applied thereto. Fast diodes are used.

補助トランス14の一次側巻線14aは、第2ダイオード12のカソードとコンデンサ10との接続部に一端が接続され、かつ第1ダイオード11のカソードとトランジスタ4のコレクタとの接続部に他端が接続されている。   The primary winding 14 a of the auxiliary transformer 14 has one end connected to the connection portion between the cathode of the second diode 12 and the capacitor 10, and the other end connected to the connection portion between the cathode of the first diode 11 and the collector of the transistor 4. It is connected.

続いて、図2(A)〜(F)を参照して、制御回路5Aの制御下でトランジスタ4がスイッチング動作した場合の各部の動作について説明する。   Next, with reference to FIGS. 2A to 2F, the operation of each unit when the transistor 4 performs a switching operation under the control of the control circuit 5A will be described.

時刻t0では、制御回路5Aから高レベルの制御信号が出力されており、トランジスタ4は、ベース・エミッタ間電圧VBEが高レベル[H]に維持されてオン状態になっている(図2(A)参照)。また、トランジスタ4のコレクタ・エミッタ間には、トランス3の一次側巻線3aを流れる電流I0が第1ダイオード11を経由して流れており、トランジスタ4のコレクタ・エミッタ間電圧VCEは実質的にゼロになっている(図2(B)、(C)参照)。 At time t 0 , a high-level control signal is output from the control circuit 5A, and the transistor 4 is turned on with the base-emitter voltage V BE maintained at a high level [H] (FIG. 2). (See (A)). Further, between the collector and emitter of the transistor 4, a current I 0 flowing through the primary winding 3 a of the transformer 3 flows via the first diode 11, and the collector-emitter voltage V CE of the transistor 4 is substantially equal. Therefore, it is zero (see FIGS. 2B and 2C).

時刻t1において、制御回路5Aから出力されている制御信号が高レベルから低レベルに切り替わり、トランジスタ4のベース・エミッタ間電圧VBEが高レベル[H]から低レベル[L]に切り替わると、すなわち、トランジスタ4がターンオフすると、トランジスタ4のコレクタ電流ICEが急速に遮断され(図2(C)参照)、トランス3の一次側巻線3aを流れる電流I0が第2ダイオード12を経由してコンデンサ10に流れ込む(図2(D)、(F)参照)。このため、トランジスタ4のコレクタ・エミッタ間電圧VCEは、急速に立ち上がるのではなく、コンデンサ10の充電が進むにつれて緩やかに立ち上がる(図2(B)参照)。 At time t 1 , when the control signal output from the control circuit 5A is switched from the high level to the low level, and the base-emitter voltage V BE of the transistor 4 is switched from the high level [H] to the low level [L], That is, when the transistor 4 is turned off, the collector current I CE of the transistor 4 is rapidly cut off (see FIG. 2C), and the current I 0 flowing through the primary winding 3a of the transformer 3 passes through the second diode 12. And flows into the capacitor 10 (see FIGS. 2D and 2F). Therefore, the collector-emitter voltage V CE of the transistor 4 does not rise rapidly but rises gently as the capacitor 10 is charged (see FIG. 2B).

一方、時刻t2において、制御回路5Aから出力されている制御信号が低レベルから高レベルに切り替わりトランジスタ4がターンオンすると、コンデンサ10の放電電流ICは、補助トランス14の一次側巻線14aを経由して第1ダイオード11のカソードとトランジスタ4のコレクタとの接続部に流れ込んだ後、トランジスタ4のコレクタ・エミッタ間を流れる(図2(C)、(F)参照)。なお、第1ダイオード11があるため、コンデンサ10の放電電流ICがトランス3の一次側巻線3aに向かって流れることはない。 On the other hand, when the control signal output from the control circuit 5A is switched from the low level to the high level at the time t 2 and the transistor 4 is turned on, the discharge current I C of the capacitor 10 causes the primary winding 14a of the auxiliary transformer 14 to flow. After flowing into the connection portion between the cathode of the first diode 11 and the collector of the transistor 4 via, it flows between the collector and the emitter of the transistor 4 (see FIGS. 2C and 2F). Since there is the first diode 11, the discharge current I C of the capacitor 10 does not flow toward the primary winding 3 a of the transformer 3.

また、補助トランス14の一次側巻線14aに放電電流ICが流れると、放電電流ICに応じた二次電圧が補助トランス14の二次側巻線14bに生じ、当該二次電圧に基づく二次電流が第3ダイオード13に向け流れ込む。この二次電流は、第3ダイオード13の順方向電流ID3となり(図2(E)参照)、トランス3の一次側巻線3aに流れる電流I0の一部として利用される。 Further, the discharge current I C in the primary winding 14a of the auxiliary transformer 14 flows, a secondary voltage corresponding to the discharge current I C is generated in the secondary winding 14b of the auxiliary transformer 14, based on the secondary voltage A secondary current flows into the third diode 13. This secondary current becomes the forward current I D3 of the third diode 13 (see FIG. 2E ) and is used as a part of the current I 0 flowing through the primary winding 3a of the transformer 3.

以上をまとめると、本実施形態に係るスイッチング電源装置1Aは、1個のトランジスタ4でトランス3の一次側巻線3aを流れる電流I0の制御と、補助トランス14の一次側巻線14aを流れる放電電流ICの制御とを行っている。このため、本実施形態に係るスイッチング電源装置1Aによれば、図3に示す従来のスイッチング電源装置1Bの補助トランジスタ15を削除して部品点数を減らし、制御回路5Bをより簡易な構成にしたにもかかわらず従来と同様の損失低減効果を得ることができる。 In summary, the switching power supply device 1A according to the present embodiment controls the current I 0 flowing through the primary side winding 3a of the transformer 3 with one transistor 4 and flows through the primary side winding 14a of the auxiliary transformer 14. Control of the discharge current I C is performed. For this reason, according to the switching power supply device 1A according to the present embodiment, the auxiliary transistor 15 of the conventional switching power supply device 1B shown in FIG. 3 is deleted to reduce the number of parts and to make the control circuit 5B simpler. Nevertheless, the same loss reduction effect as before can be obtained.

さらに、本実施形態に係るスイッチング電源装置1Aによれば、トランス3の一次側巻線3aとトランジスタ4との間に、トランス3の一次側巻線3aからトランジスタ4に向かう一方向にのみ電流を流す第1ダイオード11が設けられているので、コンデンサ10の放電が終了して補助トランス14の一次側巻線14aに発生していた電圧が反転したとしても、補助トランス14の一次側巻線14aの両端が短絡して一次側巻線14aの他端から第2ダイオード12を経由して一次側巻線14aの一端に循環電流が流れてしまうのを防ぐことができ、この循環電流による損失を防ぐことができる。   Furthermore, according to the switching power supply device 1A according to the present embodiment, a current is supplied only in one direction from the primary winding 3a of the transformer 3 to the transistor 4 between the primary winding 3a of the transformer 3 and the transistor 4. Since the first diode 11 that flows is provided, even if the discharge of the capacitor 10 is finished and the voltage generated in the primary winding 14a of the auxiliary transformer 14 is inverted, the primary winding 14a of the auxiliary transformer 14 is reversed. Can prevent the circulating current from flowing from the other end of the primary side winding 14a to the one end of the primary side winding 14a via the second diode 12, and the loss due to this circulating current can be reduced. Can be prevented.

なお、本実施形態に係るスイッチング電源装置1Aでは、第1ダイオード11の順方向電流による損失と従来のスイッチング電源装置1Bの補助トランジスタ15を削除したことによるトランジスタ4の微増損失が、従来のスイッチング電源装置1Bの補助トランジスタ15に流れる電流による損失以下になるような第1ダイオード11を選択することで、従来のスイッチング電源装置1Bと同程度以上の高効率化を実現することができる。すなわち、本実施形態に係るスイッチング電源装置1Aでは、第1ダイオード11の順方向電流による損失(第1ダイオード11の順方向電流と第1ダイオード11の順方向電圧(VF)との積による電力損失)とトランジスタ4の微増損失(従来のスイッチング電源装置1Bの補助トランジスタ15に流れていた電流が、本実施形態に係るスイッチング電源装置1Aのトランジスタ4に流れ増加する分)との和が、補助トランジスタ15に流れる電流損失(補助トランジスタ15におけるコレクタ電流とコレクタ・エミッタ間のサチレーション電圧との積による電力損失と、補助トランジスタ15を駆動するためのベース電流よって消費されるドライブ電力損失との和)に対して同等以下になるように、第1ダイオード11を選択することが好ましい。   In the switching power supply 1A according to the present embodiment, the loss due to the forward current of the first diode 11 and the slight increase loss of the transistor 4 due to the deletion of the auxiliary transistor 15 of the conventional switching power supply 1B are the same as those of the conventional switching power supply. By selecting the first diode 11 that is less than or equal to the loss due to the current flowing through the auxiliary transistor 15 of the device 1B, it is possible to achieve a higher efficiency than that of the conventional switching power supply device 1B. That is, in the switching power supply device 1A according to the present embodiment, the loss due to the forward current of the first diode 11 (the power loss due to the product of the forward current of the first diode 11 and the forward voltage (VF) of the first diode 11). ) And a slight increase loss of the transistor 4 (the amount by which the current flowing in the auxiliary transistor 15 of the conventional switching power supply device 1B increases in the transistor 4 of the switching power supply device 1A according to the present embodiment) is the auxiliary transistor 15 is a sum of the power loss due to the product of the collector current of the auxiliary transistor 15 and the collector-emitter saturation voltage and the drive power loss consumed by the base current for driving the auxiliary transistor 15. Select the first diode 11 so that it is less than or equal to Preferred.

以上、本発明に係るスイッチング電源装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではない。   As mentioned above, although preferable embodiment of the switching power supply device which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the structure of the said embodiment.

例えば、本発明に係るスイッチング電源装置は、直流電源2に並列接続された平滑コンデンサをさらに備えていてもよい。これにより、放電電流ICに応じて補助トランス14の二次側巻線14bに生じた二次電流が、トランス3の一次側巻線3aに流れる電流I0として消費しきれない場合であっても、この二次電流を平滑コンデンサに回生させることができるので、さらなる高効率化を実現することができる。 For example, the switching power supply according to the present invention may further include a smoothing capacitor connected in parallel to the DC power supply 2. Thereby, the secondary current generated in the secondary winding 14b of the auxiliary transformer 14 according to the discharge current I C cannot be consumed as the current I 0 flowing in the primary winding 3a of the transformer 3. However, since this secondary current can be regenerated in the smoothing capacitor, further improvement in efficiency can be realized.

また、スイッチング素子は、NPN型トランジスタ4に限定されず、オン状態(導通状態)とオフ状態(遮断状態)とに切り替え可能な他のスイッチを使用することができる。   Further, the switching element is not limited to the NPN transistor 4, and other switches that can be switched between an on state (conducting state) and an off state (blocking state) can be used.

さらに、直流電源2は、直流電圧を出力する電源や電池に限定されず、直流電圧を出力する任意の回路、例えば、単相あるいは三相の交流電源とコンバータ等の整流回路とからなり、交流電圧を変換して直流電圧を出力する回路であってもよい。   Furthermore, the DC power source 2 is not limited to a power source or a battery that outputs a DC voltage, but includes any circuit that outputs a DC voltage, for example, a single-phase or three-phase AC power source and a rectifier circuit such as a converter. It may be a circuit that converts a voltage and outputs a DC voltage.

また、本発明に係るスイッチング電源装置の回路方式は、フォワード方式だけでなくフライバック方式も採用することができる。   Further, the circuit system of the switching power supply device according to the present invention can employ not only the forward system but also the flyback system.

1A スイッチング電源装置
2 直流電源
3 トランス
4 トランジスタ(スイッチング素子)
5A 制御回路
6 ダイオード
7 コンデンサ
8 負荷
9A スナバ回路
10 コンデンサ
11 第1ダイオード
12 第2ダイオード
13 第3ダイオード
14 補助トランス
1A Switching power supply device 2 DC power supply 3 Transformer 4 Transistor (switching element)
5A Control circuit 6 Diode 7 Capacitor 8 Load 9A Snubber circuit 10 Capacitor 11 First diode 12 Second diode 13 Third diode 14 Auxiliary transformer

Claims (4)

直流電圧を供給する直流電源に一次側巻線が直列接続された主トランスと、前記主トランスの一次側巻線に直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、前記スイッチング素子がターンオフした際に前記主トランスの一次側巻線を介して充電されるとともに前記スイッチング素子がターンオンした際に放電するコンデンサと、前記コンデンサの放電電流が流れる一次側巻線および前記放電電流に応じた二次電流を発生させる二次側巻線からなる補助トランスとを備え、前記二次電流が前記主トランスの一次側巻線に流れる電流の一部として利用されるスイッチング電源装置であって、
前記主トランスの一次側巻線と前記スイッチング素子との間に設けられ、前記主トランスの一次側巻線から前記スイッチング素子に向かう方向に順方向接続された第1ダイオードをさらに備え、
前記放電電流は、前記補助トランスの一次側巻線を介して前記第1ダイオードと前記スイッチング素子との接続部に流れ込んだ後、前記スイッチング素子側に流れることを特徴とするスイッチング電源装置。
A main transformer in which a primary side winding is connected in series to a DC power source that supplies a DC voltage; a switching element connected in series to a primary side winding of the main transformer; and a control circuit that controls a switching operation of the switching element; A capacitor that is charged through the primary winding of the main transformer when the switching element is turned off and that is discharged when the switching element is turned on; a primary winding through which a discharge current of the capacitor flows; and A switching power supply device comprising: an auxiliary transformer including a secondary winding that generates a secondary current corresponding to a discharge current, wherein the secondary current is used as a part of a current flowing in the primary winding of the main transformer Because
A first diode provided between the primary winding of the main transformer and the switching element, and further forward-connected in a direction from the primary winding of the main transformer toward the switching element;
The switching power supply device according to claim 1, wherein the discharge current flows into a connection portion between the first diode and the switching element through a primary winding of the auxiliary transformer and then flows to the switching element side.
前記第1ダイオードと前記主トランスの一次側巻線との接続部にアノードが接続され、かつ前記コンデンサにカソードが接続された第2ダイオードをさらに備え、
前記第1ダイオードは、前記主トランスの一次側巻線にアノードが接続され、かつ前記スイッチング素子にカソードが接続されており、
前記補助トランスの一次側巻線は、前記第2ダイオードと前記コンデンサとの接続部に一端が接続され、かつ前記第1ダイオードと前記スイッチング素子との接続部に他端が接続されていることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
A second diode having an anode connected to a connection portion between the first diode and the primary side winding of the main transformer, and a cathode connected to the capacitor;
The first diode has an anode connected to a primary winding of the main transformer, and a cathode connected to the switching element.
The primary winding of the auxiliary transformer has one end connected to the connection between the second diode and the capacitor, and the other end connected to the connection between the first diode and the switching element. The switching power supply device according to claim 1, wherein
前記補助トランスの二次側巻線にアノードが接続され、カソードが前記主トランスの一次側巻線に導通接続された第3ダイオードをさらに備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング電源装置。   The third diode according to claim 1, further comprising a third diode having an anode connected to the secondary winding of the auxiliary transformer and a cathode conductively connected to the primary winding of the main transformer. Switching power supply. 前記直流電源に並列接続された平滑コンデンサをさらに備えたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のスイッチング電源装置。   The switching power supply according to any one of claims 1 to 3, further comprising a smoothing capacitor connected in parallel to the DC power supply.
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