JP2015211588A - Switching power unit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce power loss of a switching power unit.SOLUTION: An input AC voltage is applied between lines L1 and L2. In a positive section in which the potential of the line L1 is positive as compared with the potential of the line L2, a switching element 6 is made to switch and a switching element 7 is turned on. In a negative section in which the potential of the line L1 is negative as compared with the potential of the line L2, the switching element 7 is made to switch and the switching element 6 is turned on. Through the switching thereof, a pulsating voltage of the line L1 in the positive section and a pulsating voltage of the line L2 in the negative section are alternately switched and a transformer 15 is excited in both directions. A desired output voltage Vo is obtained by smoothing a voltage generated across a secondary coil of the transformer 15.

Description

本発明は、スイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply device.

交流電力を入力とするスイッチング電源装置では、入力交流電力を半波整流又は全波整流することによって脈流化又は直流化してからスイッチングすることで任意の交流又は直流電力を得ている。半波整流又は全波整流を行う際、整流ダイオードで電力損失が発生する。   In a switching power supply device using AC power as an input, arbitrary AC or DC power is obtained by switching the input AC power to a pulsating or direct current by half-wave rectification or full-wave rectification. When half-wave rectification or full-wave rectification is performed, power loss occurs in the rectifier diode.

全波整流を利用するスイッチング電源装置のブロック図を図15に示す(特許文献1参照)。図15のスイッチング電源装置は、商用交流電源901からの商用交流電力のノイズを低減するノイズフィルタ902と、ノイズフィルタ902の出力交流電力を全波整流するブリッジダイオード903と、ブリッジダイオード903の出力電力に対して電力変換を行う電力変換器904と、電力変換器904の出力電圧が加わる出力部905と、を備える。図15のスイッチング電源装置では、例えば、図16のような電圧が観測される。図16の例では、AC100Vの入力電圧をブリッジダイオード903にて全波整流してからスイッチングし、これによって得られた電圧を整流及び平滑することでDC12Vを得ている。   FIG. 15 shows a block diagram of a switching power supply device using full-wave rectification (see Patent Document 1). The switching power supply apparatus of FIG. 15 includes a noise filter 902 that reduces the noise of commercial AC power from the commercial AC power supply 901, a bridge diode 903 that full-wave rectifies the AC power output from the noise filter 902, and the output power of the bridge diode 903. A power converter 904 that performs power conversion on the power converter 904 and an output unit 905 to which an output voltage of the power converter 904 is applied. In the switching power supply device of FIG. 15, for example, a voltage as shown in FIG. 16 is observed. In the example of FIG. 16, switching is performed after full-wave rectification of the input voltage of AC 100 V by the bridge diode 903, and DC 12 V is obtained by rectifying and smoothing the voltage obtained thereby.

特開2013−45754号公報JP 2013-45754 A

ブリッジダイオード903の全波整流によって入力電力を脈流化又は直流化した後、後段の電力変換器904にて電力変換が行われるが、このとき、商用交流電源901からの入力電流Iinは、ブリッジダイオード903中の2個のダイオード素子を通過する。このため、ダイオード素子の順方向電圧に(2×Iin)を乗じた電力分、ブリッジダイオード903にて電力損失が発生する。例えば、スイッチング電源装置への入力電力が100W且つ入力電圧がAC100Vであって力率が1.0である場合、入力電流Iinは1A(アンペア)であるため、1つのダイオード素子の順方向電圧が約1.0Vであるとすると、ブリッジダイオード903の電力損失は2Wとなる。   After the input power is pulsated or converted to direct current by full-wave rectification of the bridge diode 903, power conversion is performed by the subsequent power converter 904. At this time, the input current Iin from the commercial AC power supply 901 is It passes through two diode elements in the diode 903. For this reason, power loss occurs in the bridge diode 903 by the amount of power obtained by multiplying the forward voltage of the diode element by (2 × Iin). For example, when the input power to the switching power supply device is 100 W, the input voltage is AC 100 V, and the power factor is 1.0, the input current Iin is 1 A (ampere), so the forward voltage of one diode element is If it is about 1.0 V, the power loss of the bridge diode 903 is 2 W.

それ故、この場合における電力変換効率が90%であるとすると、スイッチング電源装置の全体の電力損失は10Wであり、その内、ブリッジダイオード903の電力損失(2W)が占める割合は20%と大きい。スイッチング電源装置において、電力損失が低い方が良いことは言うまでもない。電力損失の低減のために、ブリッジダイオードの順方向電圧を低減させる技術開発も盛んであるが、ブリッジダイオードを使わずに済めば電力損失の大幅な改善が見込める。上記数値例では、全体損失が10%であるため、仮にブリッジダイオードを使わずに済めば、全体損失は8%に抑えられる。即ち、電力変換効率は90%から92%に改善する。   Therefore, if the power conversion efficiency in this case is 90%, the total power loss of the switching power supply device is 10 W, and the ratio of the power loss (2 W) of the bridge diode 903 is as large as 20%. . Needless to say, it is better for the switching power supply to have lower power loss. Technology for reducing the forward voltage of the bridge diode has been actively developed to reduce the power loss, but if the bridge diode is not used, a significant improvement in power loss can be expected. In the above numerical example, the total loss is 10%. Therefore, if it is not necessary to use a bridge diode, the total loss is suppressed to 8%. That is, the power conversion efficiency is improved from 90% to 92%.

そこで本発明は、電力損失の低減に寄与するスイッチング電源装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a switching power supply device that contributes to reduction of power loss.

本発明に係るスイッチング電源装置は、入力交流電圧が印加される第1及び第2入力線と、前記第1及び第2入力線間に一次側コイルが間接的に配置されたトランスとを備え、前記入力交流電圧に対し電力変換を行うことにより前記トランスの二次側で出力電圧を生成するスイッチング電源装置であって、前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線での脈流電圧と前記第1入力線の電位から見た前記第2入力線での脈流電圧とを交互にスイッチングして前記トランスを双方向に励磁することにより前記電力変換を行うことを特徴とする。   A switching power supply according to the present invention includes first and second input lines to which an input AC voltage is applied, and a transformer in which a primary coil is indirectly disposed between the first and second input lines. A switching power supply device that generates an output voltage on the secondary side of the transformer by performing power conversion on the input AC voltage, the pulsating flow in the first input line as seen from the potential of the second input line The power conversion is performed by alternately switching a voltage and a pulsating voltage on the second input line as viewed from the potential of the first input line to excite the transformer bidirectionally.

本発明によれば、電力損失の低減に寄与するスイッチング電源装置を提供することが可能である。   According to the present invention, it is possible to provide a switching power supply device that contributes to reduction of power loss.

本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the switching power supply device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the switching power supply device which concerns on 1st Embodiment of this invention. Nチャンネル型のFETの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of N-channel type FET. 本発明の第1実施形態に係るスイッチング素子のオン/オフ状態を示す図である。It is a figure which shows the on / off state of the switching element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係り、トランスの一次側に流れる電流を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electric current which concerns on 1st Embodiment of this invention and flows into the primary side of a trans | transformer. FETのボディダイオードの電気的特性を示す図である。It is a figure which shows the electrical property of the body diode of FET. 本発明の第1実施形態のスイッチング電源装置にて観測される電圧の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the voltage observed with the switching power supply device of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the switching power supply device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るスイッチング素子及び整流素子のオン/オフ状態を示す図である。It is a figure which shows the ON / OFF state of the switching element and rectifier which concern on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係り、トランスの二次側に流れる電流を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electric current which concerns on 2nd Embodiment of this invention and flows into the secondary side of a transformer. 本発明の第2実施形態のスイッチング電源装置にて観測される電圧の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the voltage observed with the switching power supply device of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the switching power supply device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るスイッチング素子及び整流素子のオン/オフ状態を示す図である。It is a figure which shows the ON / OFF state of the switching element and rectifier which concern on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the switching power supply device which concerns on 4th Embodiment of this invention. 従来のスイッチング電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional switching power supply device. 図15のスイッチング電源装置にて観測される電圧の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the voltage observed with the switching power supply device of FIG.

以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって、該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In each of the drawings to be referred to, the same part is denoted by the same reference numeral, and redundant description regarding the same part is omitted in principle. In this specification, for the sake of simplification, information, signals, physical quantities, and state quantities corresponding to the symbols or signs are described by writing symbols or signs that refer to information, signals, physical quantities, state quantities, or members. Or names of members, etc. may be omitted or abbreviated.

図1に、本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す。スイッチング電源装置は、ノイズフィルタ2、電力変換器4への入力線であるラインL1及びL2と、電力変換器4と、を備える。電力変換器4に対して出力部5が接続される。但し、出力部5もスイッチング電源装置の構成要素に含まれていると考えても良い。符号1は、商用交流電源を表している。商用交流電源1からの商用交流電圧がノイズフィルタ2に入力され、ノイズフィルタ2は、入力された商用交流電圧におけるノイズを除去し、ノイズ除去後の商用交流電圧(以下、入力交流電圧という)をラインL1及びL2間に出力する。   FIG. 1 shows a configuration of a switching power supply apparatus according to an embodiment of the present invention. The switching power supply device includes a noise filter 2, lines L 1 and L 2 that are input lines to the power converter 4, and the power converter 4. An output unit 5 is connected to the power converter 4. However, it may be considered that the output unit 5 is also included in the components of the switching power supply device. Reference numeral 1 represents a commercial AC power source. A commercial AC voltage from the commercial AC power source 1 is input to the noise filter 2, and the noise filter 2 removes noise in the input commercial AC voltage, and uses the commercial AC voltage (hereinafter referred to as input AC voltage) after noise removal. Output between lines L1 and L2.

電力変換器4は、ラインL1及びL2に接続され、ラインL1及びL2間に加わる入力交流電圧を電力変換することで出力電圧Voを生成する。この際、電力変換器4は、入力交流電圧を全波整流又は半波整流することなく、入力交流電圧を直接スイッチングすることで交流又は直流の出力電圧Voを生成する。出力電圧Voは、電力変換器4に接続された出力部5に供給される。出力部5は、例えば、出力電圧Voが印加される一対の出力端子を含む。   The power converter 4 is connected to the lines L1 and L2, and generates an output voltage Vo by power-converting an input AC voltage applied between the lines L1 and L2. At this time, the power converter 4 generates the AC or DC output voltage Vo by directly switching the input AC voltage without full-wave rectification or half-wave rectification of the input AC voltage. The output voltage Vo is supplied to the output unit 5 connected to the power converter 4. The output unit 5 includes, for example, a pair of output terminals to which the output voltage Vo is applied.

以下、スイッチング電源装置の構成例を具体的に説明する。図1のスイッチング電源装置について上述した説明は、以下の各実施形態のスイッチング電源装置にも適用される。   Hereinafter, a configuration example of the switching power supply device will be specifically described. The above description of the switching power supply device of FIG. 1 is also applied to the switching power supply devices of the following embodiments.

<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係るスイッチング電源装置を説明する。図2は、第1実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。図2のスイッチング電源装置は、電力変換器4として電力変換器4Aを有する。電力変換器4Aは、第1及び第2スイッチング素子6及び7と、平滑回路10Aと、第1及び第2制御回路11及び12と、トランス15と、フィードバック回路16と、を備える。
<First Embodiment>
A switching power supply device according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a configuration diagram of the switching power supply device according to the first embodiment. The switching power supply device of FIG. 2 includes a power converter 4 </ b> A as the power converter 4. The power converter 4A includes first and second switching elements 6 and 7, a smoothing circuit 10A, first and second control circuits 11 and 12, a transformer 15, and a feedback circuit 16.

スイッチング素子6及び7の夫々は、Nチャンネル型の電界効果トランジスタ(以下、FETという)から成る。FETは、特に例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor)であると良い。図3に、Nチャンネル型のFETの構成を示す。Nチャンネル型のFETは、ソース、ドレイン及びゲートから成るFET本体部19と、ソース及びドレイン間に並列接続され且つソースからドレインに向かう方向を順方向とするボディダイオード20と、を有する。FET本体部19及びボディダイオード20を含むNチャンネル型のFETと同じ構造を、スイッチング素子6及び7の夫々は有していると共に、後述の整流素子8及び9(図8等参照)の夫々も有しているものとする。   Each of the switching elements 6 and 7 is composed of an N-channel field effect transistor (hereinafter referred to as FET). The FET is particularly preferably a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), for example. FIG. 3 shows the configuration of an N-channel FET. The N-channel type FET includes an FET main body 19 composed of a source, a drain and a gate, and a body diode 20 connected in parallel between the source and the drain and having a forward direction from the source to the drain. Each of the switching elements 6 and 7 has the same structure as the N-channel FET including the FET main body 19 and the body diode 20, and each of rectifier elements 8 and 9 (see FIG. 8 and the like) to be described later. It shall have.

トランス15は一次側コイル及び二次側コイルを有する。以下、一次側コイル及び二次側コイルとは、特に記述無き限り、トランス15の一次側コイル及び二次側コイルを指す。スイッチング素子6のドレインはラインL1に接続される一方で、スイッチング素子6のソースは一次側コイルの一端31に接続される。スイッチング素子7のドレインはラインL2に接続される一方で、スイッチング素子7のソースは一次側コイルの他の一端32に接続される。   The transformer 15 has a primary side coil and a secondary side coil. Hereinafter, the primary side coil and the secondary side coil refer to the primary side coil and the secondary side coil of the transformer 15 unless otherwise specified. The drain of the switching element 6 is connected to the line L1, while the source of the switching element 6 is connected to one end 31 of the primary side coil. The drain of the switching element 7 is connected to the line L2, while the source of the switching element 7 is connected to the other end 32 of the primary coil.

制御回路11及び12は、夫々、スイッチング素子6及び7に対するスイッチング制御を行う。スイッチング素子6に対するスイッチング制御は、スイッチング素子6のゲート−ソース間電圧VGSの制御を通じて、スイッチング素子6をオン又はオフさせる制御である。スイッチング素子7に対するスイッチング制御は、スイッチング素子7のゲート−ソース間電圧VGSの制御を通じて、スイッチング素子7をオン又はオフさせる制御である。 The control circuits 11 and 12 perform switching control for the switching elements 6 and 7, respectively. Switching control for the switching element 6 is control for turning on or off the switching element 6 through control of the gate-source voltage V GS of the switching element 6. Switching control for the switching element 7 is control for turning on or off the switching element 7 through control of the gate-source voltage V GS of the switching element 7.

スイッチング素子6又は7であるスイッチング素子において、スイッチング素子のオンとは、スイッチング素子のゲート−ソース間電圧VGSが所定のスレッショルド電圧以上となって当該スイッチング素子のドレイン及びソース間が導通状態になることを指し、スイッチング素子のオフとは、スイッチング素子のゲート−ソース間電圧VGSがスレッショルド電圧未満となって当該スイッチング素子のドレイン及びソース間が非導通状態になることを指す。スイッチング素子がオン、オフとなっている状態を、夫々、オン状態、オフ状態とも言う。スイッチング素子のゲート−ソース間電圧VGSとは、当該スイッチング素子のソースの電位から見たゲートの電圧を指す。 In the switching element that is the switching element 6 or 7, the switching element is turned on when the gate-source voltage V GS of the switching element is equal to or higher than a predetermined threshold voltage and the drain and source of the switching element are in a conductive state. That is, when the switching element is turned off, the gate-source voltage V GS of the switching element is less than the threshold voltage, and the drain and source of the switching element are in a non-conductive state. A state in which the switching element is on and off is also referred to as an on state and an off state, respectively. The gate-source voltage V GS of a switching element refers to the gate voltage as viewed from the source potential of the switching element.

制御回路11及び12は、ラインL2の電位から見たラインL1の電圧の極性を監視して、その監視結果に基づき現時点が正区間及び負区間のどちらに属しているのかを判断できる。この監視を実現するべく、制御回路11及び12を合わせた回路はラインL1及びL2に接続され、制御回路11及び12同士も互いに接続されている。正区間とは、ラインL2の電位から見てラインL1の電位(電圧)が正となっている区間を指し、負区間とは、ラインL2の電位から見てラインL1の電位(電圧)が負となっている区間を指す。ラインL1及びL2間の電位差がゼロとなるタイミングも存在するが、そのタイミングについては無視する(そのタイミングは正区間又は負区間に属すると考えても良い)。ラインL2の電位から見たラインL1の電圧の極性は、入力交流電圧の周期(即ち例えば50又は60Hzの逆数)で、交互に正又は負となる。故に、入力交流電圧の周期に応じて正区間と負区間が交互に訪れる。   The control circuits 11 and 12 monitor the polarity of the voltage of the line L1 as viewed from the potential of the line L2, and can determine whether the current time belongs to the positive section or the negative section based on the monitoring result. In order to realize this monitoring, the combined circuit of the control circuits 11 and 12 is connected to the lines L1 and L2, and the control circuits 11 and 12 are also connected to each other. The positive section refers to a section in which the potential (voltage) of the line L1 is positive as viewed from the potential of the line L2, and the negative section refers to the potential (voltage) of the line L1 as viewed from the potential of the line L2. The section which becomes. Although there is a timing at which the potential difference between the lines L1 and L2 becomes zero, the timing is ignored (the timing may be considered to belong to the positive interval or the negative interval). The polarity of the voltage of the line L1 viewed from the potential of the line L2 is alternately positive or negative in the cycle of the input AC voltage (that is, for example, the reciprocal of 50 or 60 Hz). Therefore, the positive interval and the negative interval alternate according to the period of the input AC voltage.

正区間において、制御回路11はスイッチング素子6をスイッチング制御することによりスイッチング素子6にスイッチング動作を行わせる一方、制御回路12はスイッチング素子7を常時オン状態とする。負区間において、制御回路12はスイッチング素子7をスイッチング制御することによりスイッチング素子7にスイッチング動作を行わせる一方、制御回路11はスイッチング素子6を常時オン状態とする。この様子を図4に示す。尚、正区間において、スイッチング素子6がオン、オフとなっている区間を夫々区間P1及びP2と呼び、負区間において、スイッチング素子7がオン、オフとなっている区間を夫々区間P3及びP4と呼ぶ。   In the positive section, the control circuit 11 controls the switching element 6 to cause the switching element 6 to perform a switching operation, while the control circuit 12 always turns on the switching element 7. In the negative interval, the control circuit 12 controls the switching element 7 to cause the switching element 7 to perform a switching operation, while the control circuit 11 always turns on the switching element 6. This is shown in FIG. In the positive section, the sections in which the switching element 6 is on and off are called sections P1 and P2, respectively. In the negative section, the sections in which the switching element 7 is on and off are sections P3 and P4, respectively. Call.

スイッチング素子6又は7に関し、スイッチング素子のスイッチング動作又は単にスイッチングとは、スイッチング素子がスイッチングする動作、即ち、スイッチング素子のオン状態とスイッチング素子のオフ状態が交互に繰り返される動作を指し、その繰り返しの周期の逆数であるスイッチング周波数は、入力交流電圧の周波数よりも相当に大きい(例えば、数10kHz〜数100kHz)。スイッチング素子がスイッチング動作を行うことで、スイッチング素子のドレイン及びソース間にスイッチング電流としてのドレイン電流が流れる。   With respect to the switching element 6 or 7, the switching operation of the switching element or simply switching refers to an operation in which the switching element switches, that is, an operation in which the ON state of the switching element and the OFF state of the switching element are alternately repeated. The switching frequency that is the reciprocal of the period is considerably larger than the frequency of the input AC voltage (for example, several tens of kHz to several hundreds of kHz). When the switching element performs a switching operation, a drain current as a switching current flows between the drain and the source of the switching element.

上述のスイッチング動作により、正区間中においては(より具体的には区間P1においては)、図5(a)に示す如く、スイッチング素子6のドレイン及びソース間にスイッチング電流110Pが流れ、そのスイッチング電流110Pはトランス15の一次側コイルを介してスイッチング素子7のボディダイオード20を流れる(後述の各実施形態においても同様)。負区間中においては(より具体的には区間P3においては)、図5(b)に示す如く、スイッチング素子7のドレイン及びソース間にスイッチング電流110Nが流れ、そのスイッチング電流110Nはトランス15の一次側コイルを介してスイッチング素子6のボディダイオード20を流れる(後述の各実施形態においても同様)。   By the above switching operation, during the positive interval (more specifically, in the interval P1), as shown in FIG. 5A, the switching current 110P flows between the drain and the source of the switching element 6, and the switching current 110P flows through the body diode 20 of the switching element 7 via the primary side coil of the transformer 15 (the same applies to each embodiment described later). During the negative interval (more specifically, in the interval P3), as shown in FIG. 5B, a switching current 110N flows between the drain and source of the switching element 7, and the switching current 110N is the primary of the transformer 15. It flows through the body diode 20 of the switching element 6 via the side coil (the same applies to each embodiment described later).

スイッチング素子6及び7として利用されるNチャンネル型のFETの電気的特性の例を、図6に示す。図6において、曲線401、402は、夫々、Nチャンネル型のFETのゲート−ソース間電圧VGSが0V、10V(ボルト)であるときにおける、ボディダイオード20の順方向電流IFとボディダイオード20の順方向電圧(ドレインから見たソース電位)VFとの関係を表している。電圧VGSが0Vであるとき、ボディダイオード20は単体のダイオード素子と同様の特性を持ち、順方向電圧VFが約0.6V以上になって初めてボディダイオード20に実質的な電流が流れる。一方、電圧VGSが10Vであるとき、電圧VGSが0Vであるときと比べて、順方向電圧VFが極端に小さくなる。例えば、順方向電流IFが10A(アンペア)であるとき、VGS=0Vでは順方向電圧VFが0.8V程度になるのに対して、VGS=10Vでは順方向電圧VFが0.1V未満となる。 An example of electrical characteristics of an N-channel FET used as the switching elements 6 and 7 is shown in FIG. 6, curve 401 and 402, respectively, the gate of the N-channel type FET - definitive when the source voltage V GS is 0V, 10V (volts), the forward current I F and the body diode 20 of the body diode 20 it represents the relationship between V F (source potential as seen from the drain) of the forward voltage of. When the voltage V GS is 0V, the body diode 20 has the same characteristics as the single diode element, a substantial current flows through the first body diode 20 forward voltage V F is equal to or greater than about 0.6V. On the other hand, when the voltage V GS is 10 V, the forward voltage V F becomes extremely small compared to when the voltage V GS is 0 V. For example, when the forward current I F is 10A (ampere), whereas V GS = forward voltage V F at 0V is about 0.8 V, V GS = 10V in the forward voltage V F is 0 Less than 1V.

電圧VGSが10Vである状態は、Nチャンネル型のFETとしてのスイッチング素子6又は7がオンとなる状態である。従って例えば、制御回路11、12は、夫々、スイッチング素子6、7をオンにすべきタイミングにおいて、スイッチング素子6、7のボディダイオード20が曲線402の特性を持つように、スイッチング素子6、7のゲート−ソース間電圧VGSを制御する。制御回路11及び12は、区間P1においてスイッチング素子6及び7をオンとすることでスイッチング電流110Pをスイッチング素子7のボディダイオード20に流すことができ、区間P3においてスイッチング素子6及び7をオンとすることでスイッチング電流110Nをスイッチング素子6のボディダイオード20に流すことができる。 The state in which the voltage V GS is 10 V is a state in which the switching element 6 or 7 as an N-channel FET is turned on. Therefore, for example, the control circuits 11 and 12 have the characteristics of the switching elements 6 and 7 so that the body diode 20 of the switching elements 6 and 7 has the characteristic of the curve 402 at the timing when the switching elements 6 and 7 should be turned on, respectively. The gate-source voltage V GS is controlled. The control circuits 11 and 12 can flow the switching current 110P to the body diode 20 of the switching element 7 by turning on the switching elements 6 and 7 in the section P1, and turn on the switching elements 6 and 7 in the section P3. Thus, the switching current 110N can be passed through the body diode 20 of the switching element 6.

正区間において、ラインL2から見たラインL1における電圧は正の脈流電圧であり、負区間において、ラインL1から見たラインL2における電圧は正の脈流電圧である(当然、これらの脈流電圧は入力交流電圧を整流せずに得られる)。スイッチング素子6はラインL2から見たラインL1での正の脈流電圧をスイッチングする一方で、スイッチング素子7はラインL1から見たラインL2での正の脈流電圧をスイッチングする(これは、後述の各実施形態でも同様である)。スイッチング電流110Pによってトランス15が一方向に励磁され、スイッチング電流110Nによってトランス15が逆方向に励磁される。即ち、スイッチング電流110P及び110Nが交互に一次側コイルに流れることでトランス15が双方向に励磁される。制御回路11及び12は、スイッチング素子6によるスイッチン動作とスイッチング素子7によるスイッチン動作とを交互に行わせることで、トランス15を双方向に励磁する機能を持つ(これは、後述の各実施形態でも同様である)。   In the positive section, the voltage in the line L1 viewed from the line L2 is a positive pulsating voltage, and in the negative section, the voltage in the line L2 viewed from the line L1 is a positive pulsating voltage (of course, these pulsating currents. The voltage is obtained without rectifying the input AC voltage). The switching element 6 switches the positive pulsating voltage on the line L1 viewed from the line L2, while the switching element 7 switches the positive pulsating voltage on the line L2 viewed from the line L1 (this will be described later). The same applies to each of the embodiments). The transformer 15 is excited in one direction by the switching current 110P, and the transformer 15 is excited in the reverse direction by the switching current 110N. That is, the switching currents 110P and 110N alternately flow in the primary coil, thereby exciting the transformer 15 in both directions. The control circuits 11 and 12 have a function of exciting the transformer 15 bidirectionally by alternately performing a switching operation by the switching element 6 and a switching operation by the switching element 7 (this is described in each of the embodiments described later). The same applies to the form).

この双方向の励磁によって二次側コイルに発生した電圧は、二次側コイルの一端41及び他の一端42に接続された平滑回路10Aに入力される。平滑回路10Aは、二次側コイルからの入力電圧を平滑し、平滑して得た電圧を出力電圧Voとして出力部5に出力する。図7を参照し、波形421は、本実施形態の方式にて入力交流電圧を直接スイッチングすることで得られる電圧波形の例であり、波形422は、平滑回路10Aの出力電圧Voの波形の例である。波形421は、トランス15の一次側コイルと二次側コイルの巻き数比に依存する二次側コイルの発生電圧(従って平滑回路10Aへの入力電圧)の相似波形であると考えて良い。尚、図7では、図示の便宜上、スイッチング周波数が入力交流電圧の周波数の20倍程度であるかのように示されているが、実際のスイッチング周波数は、図7に示すものよりも相当に高い(後述の図11でも同様)。   The voltage generated in the secondary coil by the bidirectional excitation is input to the smoothing circuit 10A connected to one end 41 and the other end 42 of the secondary coil. The smoothing circuit 10A smoothes the input voltage from the secondary coil, and outputs the voltage obtained by the smoothing to the output unit 5 as the output voltage Vo. With reference to FIG. 7, a waveform 421 is an example of a voltage waveform obtained by directly switching an input AC voltage by the method of the present embodiment, and a waveform 422 is an example of a waveform of the output voltage Vo of the smoothing circuit 10A. It is. The waveform 421 may be considered to be a similar waveform of the voltage generated by the secondary side coil (and hence the input voltage to the smoothing circuit 10A) depending on the turns ratio of the primary side coil and the secondary side coil of the transformer 15. In FIG. 7, for convenience of illustration, the switching frequency is shown as if it is about 20 times the frequency of the input AC voltage, but the actual switching frequency is considerably higher than that shown in FIG. (The same applies to FIG. 11 described later).

平滑回路10Aは、二次側コイルからの入力電圧に含まれるスイッチング周波数の成分を除去することで、交流の出力電圧Voを生成する。   The smoothing circuit 10A generates an AC output voltage Vo by removing a switching frequency component included in the input voltage from the secondary coil.

フィードバック回路16は、平滑回路10Aの出力電圧Voの電圧値(例えば実効値)を検出し、出力電圧Voが所定の目標交流電圧となるように、制御回路11及び12を制御する。目標交流電圧の大きさは任意である(但し、入力交流電圧の大きさとは異なる)。図7の例では、入力交流電圧がAC100V(即ち実効値が100Vの交流電圧)であって、目標交流電圧がAC12V(即ち実効値が12Vの交流電圧)となっている。   The feedback circuit 16 detects the voltage value (for example, effective value) of the output voltage Vo of the smoothing circuit 10A, and controls the control circuits 11 and 12 so that the output voltage Vo becomes a predetermined target AC voltage. The magnitude of the target AC voltage is arbitrary (however, it is different from the magnitude of the input AC voltage). In the example of FIG. 7, the input AC voltage is AC 100 V (that is, an AC voltage having an effective value of 100 V), and the target AC voltage is AC 12 V (that is, the AC voltage having an effective value of 12 V).

制御回路11及び12は、スイッチング制御にパルス幅変調を利用することができる。制御回路11及び12は、フィードバック回路16と協働して、出力電圧Voが目標交流電圧より小さければ、スイッチング素子6及び7のオンデューティ(即ち、正区間にてスイッチング素子6がオンとなる割合及び負区間にてスイッチング素子7がオンとなる割合)を高め、出力電圧Voが目標交流電圧より大きければ、上記オンデューティを低下させる。これにより、平滑回路10Aの出力電圧Voが目標交流電圧にて安定化する。   The control circuits 11 and 12 can use pulse width modulation for switching control. The control circuits 11 and 12 cooperate with the feedback circuit 16 to turn on the switching elements 6 and 7 (that is, the rate at which the switching element 6 is turned on in the positive interval) if the output voltage Vo is smaller than the target AC voltage. If the output voltage Vo is larger than the target AC voltage, the on-duty is reduced. As a result, the output voltage Vo of the smoothing circuit 10A is stabilized at the target AC voltage.

本実施形態において、正区間におけるスイッチング電流110Pは、スイッチング素子6における低抵抗のチャネル(ドレイン−ソース間)を流れると共に、スイッチング素子7における低電圧のボディダイオード20を流れる。負区間におけるスイッチング電流110Nは、スイッチング素子7における低抵抗のチャネル(ドレイン−ソース間)を流れると共に、スイッチング素子6における低電圧のボディダイオード20を流れる。結果、図15に示すようなブリッジダイオードを利用する従来構成(ダイオード順方向電圧2つ分の電力損失を伴う構成)との比較において、図2の構成では、ダイオード順方向電圧2つ分、電力損失を低減することができる(例えば電力損失を20%低減することができる)。また、ブリッジダイオードの削減及び電力損失の低減は、スイッチング電源装置の低コスト化及び小型化にも寄与する。更にオンデューティの調整を介して任意の交流電圧を生成することができる。尚、単純にトランスの巻線比だけを調節して商用交流電圧から所望の交流電圧を生成する構成と比べ、スイッチングを利用する本実施形態では、トランスを大幅に小型化できることは言うまでもない。   In the present embodiment, the switching current 110 </ b> P in the positive section flows through the low-resistance channel (between the drain and source) in the switching element 6 and also flows through the low-voltage body diode 20 in the switching element 7. The switching current 110N in the negative section flows through the low-resistance channel (between drain and source) in the switching element 7 and also flows through the low-voltage body diode 20 in the switching element 6. As a result, in comparison with the conventional configuration using a bridge diode as shown in FIG. 15 (configuration with power loss for two diode forward voltages), the configuration in FIG. Loss can be reduced (eg, power loss can be reduced by 20%). Further, the reduction of the bridge diode and the reduction of the power loss contribute to the cost reduction and miniaturization of the switching power supply device. Furthermore, an arbitrary AC voltage can be generated through on-duty adjustment. Needless to say, in this embodiment using switching, the transformer can be greatly reduced in size compared to a configuration in which a desired AC voltage is generated from a commercial AC voltage by simply adjusting the winding ratio of the transformer.

尚、上述の説明では(図4参照)正区間においてスイッチング素子7を常時オン且つ負区間においてスイッチング素子6を常時オンとしているが、正区間においてスイッチング素子6がオフとなるタイミングにおいてはスイッチング素子7をオフにしても良いし、負区間においてスイッチング素子7がオフとなるタイミングにおいてはスイッチング素子6をオフにしても良い。   In the above description (see FIG. 4), the switching element 7 is always on in the positive interval and the switching element 6 is always on in the negative interval. However, at the timing when the switching element 6 is off in the positive interval, the switching element 7 May be turned off, or at a timing when the switching element 7 is turned off in the negative interval, the switching element 6 may be turned off.

<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係るスイッチング電源装置を説明する。第2実施形態は、第1実施形態を基礎とする実施形態であり、第2実施形態において特に述べない事項に関しては、矛盾の無い限り、第1実施形態の記載が第2実施形態にも適用される。
Second Embodiment
A switching power supply device according to a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is an embodiment based on the first embodiment. Regarding matters not specifically described in the second embodiment, the description of the first embodiment applies to the second embodiment as long as there is no contradiction. Is done.

図8は、第2実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。図8のスイッチング電源装置は、電力変換器4として電力変換器4Bを有する。電力変換器4Bは、第1及び第2スイッチング素子6及び7と、第1及び第2整流素子8及び9と、平滑回路10Bと、第1〜第4制御回路11〜14と、トランス15と、フィードバック回路16と、を備える。   FIG. 8 is a configuration diagram of the switching power supply device according to the second embodiment. The switching power supply apparatus of FIG. 8 includes a power converter 4B as the power converter 4. The power converter 4B includes first and second switching elements 6 and 7, first and second rectifying elements 8 and 9, a smoothing circuit 10B, first to fourth control circuits 11 to 14, a transformer 15, And a feedback circuit 16.

第2実施形態において、ラインL1及びL2、スイッチング素子6及び7並びに一次側コイルの接続関係は第1実施形態で述べたものと同じである。   In the second embodiment, the connections of the lines L1 and L2, the switching elements 6 and 7, and the primary coil are the same as those described in the first embodiment.

整流素子8及び9の夫々は、スイッチンング素子8又は9と同じく、Nチャンネル型のFETから成る。整流素子8において、ソースはトランス15の二次側コイルの一端41に接続され、ドレインはラインL3に接続される。整流素子9において、ソースはトランス15の二次側コイルの他の一端42に接続され、ドレインはラインL3に接続される。ラインL3は、平滑回路10Bの第1入力端子51に接続される。二次側コイルの中心にはタップ(センタータップ)43が設けられており、タップ43はラインL4を介して平滑回路10Bの第2入力端子52に接続される。   Each of the rectifying elements 8 and 9 is composed of an N-channel FET, as is the switching element 8 or 9. In the rectifying element 8, the source is connected to one end 41 of the secondary side coil of the transformer 15, and the drain is connected to the line L3. In the rectifying element 9, the source is connected to the other end 42 of the secondary side coil of the transformer 15, and the drain is connected to the line L3. The line L3 is connected to the first input terminal 51 of the smoothing circuit 10B. A tap (center tap) 43 is provided at the center of the secondary coil, and the tap 43 is connected to the second input terminal 52 of the smoothing circuit 10B via a line L4.

制御回路13及び14は、夫々、整流素子8及び9のオン/オフを制御する。即ち、制御回路13は、整流素子8としてのFETのゲート−ソース間電圧VGSの制御を通じて整流素子8をオン又はオフさせ、制御回路14は、整流素子9としてのFETのゲート−ソース間電圧VGSの制御を通じて整流素子9をオン又はオフさせる。 The control circuits 13 and 14 control on / off of the rectifying elements 8 and 9, respectively. That is, the control circuit 13 turns on or off the rectifying element 8 through control of the gate-source voltage V GS of the FET as the rectifying element 8, and the control circuit 14 sets the gate-source voltage of the FET as the rectifying element 9. The rectifying element 9 is turned on or off through the control of V GS .

整流素子8及び9の夫々は、電流を自身のボディダイオード20の順方向にだけ流すよう作用する。整流素子8の順方向(整流素子8のボディダイオード20の順方向)は整流素子8のソースからドレインに向かう方向と一致し、整流素子9の順方向(整流素子9のボディダイオード20の順方向)は整流素子9のソースからドレインに向かう方向と一致する。整流素子としてのFETのゲート−ソース間電圧VGSが所定のスレッショルド電圧以上となって当該FETのドレイン及びソース間が導通状態になるとき、整流素子はオンであり、整流素子としてのFETのゲート−ソース間電圧VGSがスレッショルド電圧未満となって当該FETのドレイン及びソース間が非導通状態になるとき、整流素子はオフである。整流素子がオン、オフとなっている状態を、夫々、オン状態、オフ状態とも言う。FETのゲート−ソース間電圧VGSとは、当該FETのソースの電位から見たゲートの電圧を指す。 Each of the rectifying elements 8 and 9 acts so that a current flows only in the forward direction of its body diode 20. The forward direction of the rectifying element 8 (the forward direction of the body diode 20 of the rectifying element 8) coincides with the direction from the source to the drain of the rectifying element 8, and the forward direction of the rectifying element 9 (the forward direction of the body diode 20 of the rectifying element 9). ) Coincides with the direction from the source to the drain of the rectifying element 9. When the gate-source voltage V GS of the FET as the rectifying element is equal to or higher than a predetermined threshold voltage and the drain and source of the FET are in a conductive state, the rectifying element is on and the gate of the FET as the rectifying element -When the source-to-source voltage V GS is less than the threshold voltage and the drain and source of the FET become non-conductive, the rectifying element is off. The state where the rectifying element is turned on and off is also referred to as an on state and an off state, respectively. The gate-source voltage V GS of the FET indicates a gate voltage viewed from the source potential of the FET.

制御回路11及び12によるスイッチング制御は第1実施形態で述べたものと同様である。従って、図9に示す如く、正区間において、制御回路11はスイッチング素子6をスイッチング制御することによりスイッチング素子6にスイッチング動作を行わせる一方、制御回路12はスイッチング素子7を常時オン状態とする。負区間において、制御回路12はスイッチング素子7をスイッチング制御することによりスイッチング素子7にスイッチング動作を行わせる一方、制御回路11はスイッチング素子6を常時オン状態とする。これにより、第1実施形態と同様、トランス15が双方向に励磁され、励磁による電圧が二次側コイルに発生する。   Switching control by the control circuits 11 and 12 is the same as that described in the first embodiment. Therefore, as shown in FIG. 9, in the positive section, the control circuit 11 controls the switching element 6 to perform the switching operation of the switching element 6, while the control circuit 12 always turns on the switching element 7. In the negative interval, the control circuit 12 controls the switching element 7 to cause the switching element 7 to perform a switching operation, while the control circuit 11 always turns on the switching element 6. Thereby, like the first embodiment, the transformer 15 is excited in both directions, and a voltage due to the excitation is generated in the secondary coil.

制御回路13及び14は、二次側コイルに現れる電圧を監視して監視結果に基づき現時点が区間P1〜P4の何れに属するのかを判断し、その判断結果に基づき、図9に示す如く整流素子8及び9の状態を制御する。この監視を行うために、制御回路13及び14の夫々はラインL3及びL4に接続され、且つ、制御回路13は二次側コイルの一端41と整流素子8のソースとが接続されたラインL5に接続され、且つ、制御回路14は二次側コイルの一端42と整流素子9のソースとが接続されたラインL6に接続されている。具体的には、制御回路13、14は、区間P1において、整流素子8、9を夫々オン、オフとし、且つ、区間P2において、整流素子8、9を共にオフとし、且つ、区間P3において、整流素子8、9を夫々オフ、オンとし、且つ、区間P4において、整流素子8、9を共にオフとする。   The control circuits 13 and 14 monitor the voltage appearing in the secondary coil, determine which section the current time period P1 to P4 belongs based on the monitoring result, and based on the determination result, the rectifying element as shown in FIG. Control 8 and 9 states. In order to perform this monitoring, each of the control circuits 13 and 14 is connected to the lines L3 and L4, and the control circuit 13 is connected to the line L5 to which the one end 41 of the secondary coil and the source of the rectifying element 8 are connected. The control circuit 14 is connected to a line L6 in which one end 42 of the secondary coil and the source of the rectifying element 9 are connected. Specifically, the control circuits 13 and 14 turn on and off the rectifying elements 8 and 9 in the section P1, respectively, turn off both the rectifying elements 8 and 9 in the section P2, and in the section P3. The rectifying elements 8 and 9 are turned off and on, respectively, and both the rectifying elements 8 and 9 are turned off in the section P4.

一次側コイルの一端32から見た一端31の電位が正のとき、二次側コイルの一端41から見て一端42に正の電位が表れ且つタップ43から見て一端42に正の電位が表れるように、トランス15が形成されている。従って、スイッチング電流110P(図5(a)参照)が流れる区間P1において、図10(a)の電流120Pが流れる。電流120Pは、端子52から、ラインL4、二次側コイルにおけるタップ43、タップ43及び一端41間の巻線、二次側コイルの一端41、整流素子8のボディダイオード20及びラインL3を経由して、端子51に流れる電流である。スイッチング電流110N(図5(b)参照)が流れる区間P3においては、図10(b)の電流120Nが流れる。電流120Nは、端子52から、ラインL4、二次側コイルにおけるタップ43、タップ43及び一端42間の巻線、二次側コイルの一端42、整流素子9のボディダイオード20及びラインL3を経由して、端子51に流れる電流である。   When the potential at one end 31 viewed from one end 32 of the primary coil is positive, a positive potential appears at one end 42 viewed from one end 41 of the secondary coil and a positive potential appears at one end 42 viewed from the tap 43. Thus, the transformer 15 is formed. Accordingly, the current 120P in FIG. 10A flows in the section P1 in which the switching current 110P (see FIG. 5A) flows. The current 120P passes from the terminal 52 via the line L4, the tap 43 in the secondary coil, the winding between the tap 43 and one end 41, the one end 41 of the secondary coil, the body diode 20 of the rectifier 8 and the line L3. Current flowing through the terminal 51. In a section P3 in which the switching current 110N (see FIG. 5B) flows, the current 120N in FIG. 10B flows. The current 120N passes from the terminal 52 via the line L4, the tap 43 in the secondary coil, the winding between the tap 43 and one end 42, the one end 42 of the secondary coil, the body diode 20 of the rectifying element 9, and the line L3. Current flowing through the terminal 51.

区間P1中に電流120Pが流れることにより、区間P1中において二次側コイルに伝達された電力が整流素子8を通じて平滑回路10Bに供給され、区間P3中に電流120Nが流れることにより、区間P3中において二次側コイルに伝達された電力が整流素子9を通じて平滑回路10Bに供給されることになる。区間P2及びP4においては、二次側コイルに電流は流れない。   When the current 120P flows during the section P1, the power transmitted to the secondary side coil during the section P1 is supplied to the smoothing circuit 10B through the rectifying element 8, and when the current 120N flows during the section P3, The electric power transmitted to the secondary coil is supplied to the smoothing circuit 10B through the rectifying element 9. In the sections P2 and P4, no current flows through the secondary coil.

平滑回路10Bは、二次側コイルから供給された電流120P及び120Nによる電力を平滑することで、出力電圧Voとしての直流電圧を生成し、出力部5に出力する。上述の説明から理解されるように、第2実施形態では、スイッチング素子6又は7がオンしているときにトランス15の二次側に電力が伝達される。即ち、第2実施形態に係るスイッチング電源装置は、フォワード方式のスイッチング電源装置である。このため、平滑回路10Bには、二次側コイルから供給された電力を蓄積するチョークコイルが含まれる。上記平滑の過程においてチョークコイルによる電力の蓄積が行われる。   The smoothing circuit 10 </ b> B generates a DC voltage as the output voltage Vo by smoothing power generated by the currents 120 </ b> P and 120 </ b> N supplied from the secondary coil, and outputs the DC voltage to the output unit 5. As understood from the above description, in the second embodiment, power is transmitted to the secondary side of the transformer 15 when the switching element 6 or 7 is turned on. That is, the switching power supply according to the second embodiment is a forward switching power supply. For this reason, the smoothing circuit 10B includes a choke coil that accumulates power supplied from the secondary side coil. In the smoothing process, electric power is accumulated by the choke coil.

図11を参照し、波形423は、本実施形態の方式にて入力交流電圧を直接スイッチングすることで得られる電圧波形の例であり、波形424は、トランス15の一次側コイルと二次側コイルの巻き数比に依存する平滑回路10Bの出力電圧Voの相似波形の例である。波形423は、二次側コイルの発生電圧の波形であると考えて良い。   Referring to FIG. 11, a waveform 423 is an example of a voltage waveform obtained by directly switching an input AC voltage by the method of the present embodiment, and a waveform 424 is a primary side coil and a secondary side coil of the transformer 15. It is an example of a similar waveform of the output voltage Vo of the smoothing circuit 10B depending on the winding number ratio. The waveform 423 may be considered as a waveform of the voltage generated by the secondary coil.

フィードバック回路16は、平滑回路10Bの出力電圧Voを検出し、出力電圧Voが所定の目標直流電圧となるように、制御回路11及び12を制御する。目標直流電圧の大きさは任意である。図11の例では、入力交流電圧がAC100V(即ち実効値が100Vの交流電圧)であって、目標直流電圧424がDC12V(即ち12Vの直流電圧)となっている。   The feedback circuit 16 detects the output voltage Vo of the smoothing circuit 10B and controls the control circuits 11 and 12 so that the output voltage Vo becomes a predetermined target DC voltage. The magnitude of the target DC voltage is arbitrary. In the example of FIG. 11, the input AC voltage is AC 100 V (that is, the AC voltage having an effective value of 100 V), and the target DC voltage 424 is DC 12 V (that is, the DC voltage of 12 V).

制御回路11及び12は、スイッチング制御にパルス幅変調を利用することができる。制御回路11及び12は、フィードバック回路16と協働して、出力電圧Voが目標直流電圧より小さければ、スイッチング素子6及び7のオンデューティ(即ち、正区間にてスイッチング素子6がオンとなる割合及び負区間にてスイッチング素子7がオンとなる割合)を高め、出力電圧Voが目標直流電圧より大きければ、上記オンデューティを低下させる。これにより、平滑回路10Bの出力電圧Voが目標直流電圧にて安定化する。   The control circuits 11 and 12 can use pulse width modulation for switching control. The control circuits 11 and 12 cooperate with the feedback circuit 16 to turn on the switching elements 6 and 7 (that is, the rate at which the switching element 6 is turned on in the positive interval) if the output voltage Vo is smaller than the target DC voltage. If the output voltage Vo is higher than the target DC voltage, the on-duty is reduced. As a result, the output voltage Vo of the smoothing circuit 10B is stabilized at the target DC voltage.

第2実施形態でも、第1実施形態と同様、図15に示すようなブリッジダイオードを利用する従来構成(ダイオード順方向電圧2つ分の電力損失を伴う構成)との比較において、ダイオード順方向電圧2つ分、電力損失を低減することができる(例えば電力損失を20%低減することができる)。また、ブリッジダイオードの削減及び電力損失の低減は、スイッチング電源装置の低コスト化及び小型化にも寄与する。更にオンデューティの調整を介して任意の直流電圧を生成することができる。   In the second embodiment, as in the first embodiment, the diode forward voltage is compared with the conventional configuration using a bridge diode as shown in FIG. 15 (configuration with power loss corresponding to two diode forward voltages). The power loss can be reduced by two (for example, the power loss can be reduced by 20%). Further, the reduction of the bridge diode and the reduction of the power loss contribute to the cost reduction and miniaturization of the switching power supply device. Furthermore, an arbitrary DC voltage can be generated through on-duty adjustment.

尚、上述の説明では(図9参照)正区間においてスイッチング素子7を常時オン且つ負区間においてスイッチング素子6を常時オンとしているが、正区間においてスイッチング素子6がオフとなるタイミングにおいてはスイッチング素子7をオフにしても良いし、負区間においてスイッチング素子7がオフとなるタイミングにおいてはスイッチング素子6をオフにしても良い。   In the above description (see FIG. 9), the switching element 7 is always on in the positive interval and the switching element 6 is always on in the negative interval. However, at the timing when the switching element 6 is off in the positive interval, the switching element 7 May be turned off, or at a timing when the switching element 7 is turned off in the negative interval, the switching element 6 may be turned off.

<第3実施形態>
本発明の第3実施形態に係るスイッチング電源装置を説明する。第3実施形態は、第1及び第2実施形態を基礎とする実施形態であり、第3実施形態において特に述べない事項に関しては、矛盾の無い限り、第1及び第2実施形態の記載が第3実施形態にも適用される。
<Third Embodiment>
A switching power supply device according to a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment is an embodiment based on the first and second embodiments. For matters not specifically described in the third embodiment, the description of the first and second embodiments is the first unless there is a contradiction. This also applies to the third embodiment.

図12は、第3実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。図12のスイッチング電源装置は、電力変換器4として電力変換器4Cを有する。電力変換器4Cは、第1及び第2スイッチング素子6及び7と、第1及び第2整流素子8及び9と、平滑回路10Cと、第1〜第4制御回路11〜14と、トランス15と、フィードバック回路16と、を備え、それらは基本的に電力変換器4B(図8)の対応部位と同様のものである。   FIG. 12 is a configuration diagram of a switching power supply device according to the third embodiment. The switching power supply device of FIG. 12 includes a power converter 4 </ b> C as the power converter 4. The power converter 4C includes first and second switching elements 6 and 7, first and second rectifying elements 8 and 9, a smoothing circuit 10C, first to fourth control circuits 11 to 14, a transformer 15, The feedback circuit 16 is basically the same as the corresponding portion of the power converter 4B (FIG. 8).

第3実施形態において、ラインL1及びL2、スイッチング素子6及び7並びに一次側コイルの接続関係は第1実施形態で述べたものと同じであって、二次側コイル、整流素子8及び9、ラインL3〜L6並びに制御回路13及び14の接続関係は第2実施形態で述べたものと同じである。平滑回路10Cの第1及び第2入力端子51及び52は、図8の入力端子51及び52と同様の機能を果たすものである。整流素子8としてのFETのドレインは、ラインL3を介して平滑回路10Cの入力端子51に接続され、タップ43は、ラインL4を介して平滑回路10Cの入力端子52に接続される。   In the third embodiment, the connections of the lines L1 and L2, the switching elements 6 and 7, and the primary coil are the same as those described in the first embodiment, and the secondary coil, the rectifying elements 8 and 9, the line The connection relationship between L3 to L6 and the control circuits 13 and 14 is the same as that described in the second embodiment. The first and second input terminals 51 and 52 of the smoothing circuit 10C perform the same function as the input terminals 51 and 52 of FIG. The drain of the FET as the rectifying element 8 is connected to the input terminal 51 of the smoothing circuit 10C through the line L3, and the tap 43 is connected to the input terminal 52 of the smoothing circuit 10C through the line L4.

図13に、第3実施形態の各区間におけるスイッチング素子6及び7並びに整流素子8及び9の状態を示す。正区間において、制御回路11はスイッチング素子6をスイッチング制御することによりスイッチング素子6にスイッチング動作を行わせる一方、制御回路12は、区間P1においてスイッチング素子7をオンとし且つ区間P2においてスイッチング素子7をオフとする。負区間において、制御回路12はスイッチング素子7をスイッチング制御することによりスイッチング素子7にスイッチング動作を行わせる一方、制御回路11は、区間P3においてスイッチング素子6をオンとし且つ区間P4においてスイッチング素子6をオフとする。これにより、第1実施形態と同様、トランス15が双方向に励磁され、励磁による電圧が二次側コイルに発生する。   FIG. 13 shows the states of the switching elements 6 and 7 and the rectifying elements 8 and 9 in each section of the third embodiment. In the positive section, the control circuit 11 controls the switching element 6 to switch the switching element 6 to perform a switching operation, while the control circuit 12 turns on the switching element 7 in the section P1 and turns on the switching element 7 in the section P2. Turn off. In the negative interval, the control circuit 12 causes the switching element 7 to perform a switching operation by controlling the switching of the switching element 7, while the control circuit 11 turns on the switching element 6 in the interval P3 and turns on the switching element 6 in the interval P4. Turn off. Thereby, like the first embodiment, the transformer 15 is excited in both directions, and a voltage due to the excitation is generated in the secondary coil.

制御回路13及び14も、第2実施形態と同様の機能を有し、整流素子8及び9のオン/オフを制御する。但し、整流素子8及び9のオン、オフのタイミングが第2実施形態とは異なる。制御回路13及び14は、二次側コイルに現れる電圧を監視して監視結果に基づき現時点が区間P1〜P4の何れに属するのかを判断し、その判断結果に基づき、図13に示す如く整流素子8及び9の状態を制御する。即ち、電力変換器4Cにおける制御回路13、14は、区間P1において、整流素子8、9を共にオフとし、且つ、区間P2において、整流素子8、9を夫々オン、オフとし、且つ、区間P3において、整流素子8、9を共にオフとし、且つ、区間P4において、整流素子8、9を夫々オフ、オンとする。   The control circuits 13 and 14 also have the same function as in the second embodiment, and control on / off of the rectifying elements 8 and 9. However, the on / off timings of the rectifying elements 8 and 9 are different from those of the second embodiment. The control circuits 13 and 14 monitor the voltage appearing in the secondary coil, determine which section P1 to P4 the current time belongs to based on the monitoring result, and based on the determination result, as shown in FIG. Control 8 and 9 states. That is, the control circuits 13 and 14 in the power converter 4C turn off both the rectifying elements 8 and 9 in the section P1, and turn on and off the rectifying elements 8 and 9 in the section P2, respectively. , Both the rectifying elements 8 and 9 are turned off, and in the section P4, the rectifying elements 8 and 9 are turned off and on, respectively.

スイッチング電流110P(図5(a)参照)が流れる区間P1では、整流素子8及び9がオフであるため二次側コイルを経由する電流ループは形成されない。従って、区間P1では、二次側コイルには電流が流れずにスイッチング電流110Pによる磁気エネルギがトランス15に蓄積される。そして、この蓄積された磁気エネルギが区間P2にて整流素子8がオンとなることで、電流120P(図10(a))による電力として二次側コイルから放出される。即ち、区間P2にて上述の電流120Pが流れる(電流120Pによる電力が整流素子8を通じて二次側コイルから平滑回路10Cに供給される)。   In the section P1 in which the switching current 110P (see FIG. 5A) flows, since the rectifying elements 8 and 9 are off, a current loop passing through the secondary coil is not formed. Therefore, in the section P1, no current flows through the secondary coil, and magnetic energy generated by the switching current 110P is accumulated in the transformer 15. The accumulated magnetic energy is released from the secondary coil as electric power by the current 120P (FIG. 10A) when the rectifier 8 is turned on in the section P2. That is, the above-described current 120P flows in the section P2 (the electric power due to the current 120P is supplied from the secondary coil to the smoothing circuit 10C through the rectifier 8).

スイッチング電流110N(図5(b)参照)が流れる区間P3では、整流素子8及び9がオフであるため二次側コイルを経由する電流ループは形成されない。従って、区間P3では、二次側コイルには電流が流れずにスイッチング電流110Nによる磁気エネルギがトランス15に蓄積される。そして、この蓄積された磁気エネルギが区間P4にて整流素子9がオンとなることで、電流120N(図10(b))による電力として二次側コイルから放出される。即ち、区間P4にて上述の電流120Nが流れる(電流120Nによる電力が整流素子9を通じて二次側コイルから平滑回路10Cに供給される)。   In the section P3 in which the switching current 110N (see FIG. 5B) flows, since the rectifier elements 8 and 9 are off, a current loop passing through the secondary coil is not formed. Accordingly, in the section P3, no current flows through the secondary coil, and magnetic energy generated by the switching current 110N is accumulated in the transformer 15. The accumulated magnetic energy is released from the secondary coil as electric power by the current 120N (FIG. 10B) when the rectifying element 9 is turned on in the section P4. That is, the above-described current 120N flows in the section P4 (the electric power from the current 120N is supplied from the secondary coil to the smoothing circuit 10C through the rectifying element 9).

平滑回路10Cは、二次側コイルから供給された電流120P及び120Nによる電力を平滑することで出力電圧Voとしての直流電圧を生成し、出力部5に出力する。上述の説明から理解されるように、第3実施形態では、スイッチング素子6又は7がオンしているときにトランス15に電力(磁気エネルギ)を蓄積し、蓄積電力をスイッチング素子6及び7がオフのときに二次側コイルから放出する。即ち、第3実施形態に係るスイッチング電源装置は、フライバック方式のスイッチング電源装置である。従って、第3実施形態に係るトランス15は電力蓄積と電力伝達の両方を兼ねたトランスであり、一般的に、第3実施形態と比べて第2実施形態の方が、より大きな電力に対する電力変換が可能である。   The smoothing circuit 10 </ b> C generates a DC voltage as the output voltage Vo by smoothing the electric power generated by the currents 120 </ b> P and 120 </ b> N supplied from the secondary coil, and outputs the DC voltage to the output unit 5. As understood from the above description, in the third embodiment, when the switching element 6 or 7 is turned on, electric power (magnetic energy) is accumulated in the transformer 15, and the stored power is turned off in the switching elements 6 and 7. At the time of discharge from the secondary coil. That is, the switching power supply according to the third embodiment is a flyback switching power supply. Therefore, the transformer 15 according to the third embodiment is a transformer that combines both power storage and power transmission. Generally, the second embodiment is more suitable for power conversion than the third embodiment. Is possible.

フィードバック回路16は、平滑回路10Cの出力電圧Voを検出し、出力電圧Voが所定の目標直流電圧となるように、制御回路11及び12を制御する。目標直流電圧の大きさは任意である。上述の図11の波形424は、平滑回路10Cの出力電圧Voの波形の例でもある。図11の例では、入力交流電圧がAC100V(即ち実効値が100Vの交流電圧)であって、目標直流電圧がDC12V(即ち12Vの直流電圧)となっている。   The feedback circuit 16 detects the output voltage Vo of the smoothing circuit 10C and controls the control circuits 11 and 12 so that the output voltage Vo becomes a predetermined target DC voltage. The magnitude of the target DC voltage is arbitrary. The waveform 424 in FIG. 11 described above is also an example of the waveform of the output voltage Vo of the smoothing circuit 10C. In the example of FIG. 11, the input AC voltage is AC 100V (that is, the AC voltage having an effective value of 100V), and the target DC voltage is DC 12V (that is, the DC voltage of 12V).

制御回路11及び12は、スイッチング制御にパルス幅変調を利用することができる。制御回路11及び12は、フィードバック回路16と協働して、出力電圧Voが目標直流電圧より小さければ、スイッチング素子6及び7のオンデューティ(即ち、正区間にてスイッチング素子6がオンとなる割合及び負区間にてスイッチング素子7がオンとなる割合)を高め、出力電圧Voが目標直流電圧より大きければ、上記オンデューティを低下させる。これにより、平滑回路10Cの出力電圧Voが目標直流電圧にて安定化する。   The control circuits 11 and 12 can use pulse width modulation for switching control. The control circuits 11 and 12 cooperate with the feedback circuit 16 to turn on the switching elements 6 and 7 (that is, the rate at which the switching element 6 is turned on in the positive interval) if the output voltage Vo is smaller than the target DC voltage. If the output voltage Vo is higher than the target DC voltage, the on-duty is reduced. As a result, the output voltage Vo of the smoothing circuit 10C is stabilized at the target DC voltage.

第3実施形態でも、第1実施形態と同様、図15に示すようなブリッジダイオードを利用する従来構成(ダイオード順方向電圧2つ分の電力損失を伴う構成)との比較において、ダイオード順方向電圧2つ分、電力損失を低減することができる(例えば電力損失を20%低減することができる)。また、ブリッジダイオードの削減及び電力損失の低減は、スイッチング電源装置の低コスト化及び小型化にも寄与する。更にオンデューティの調整を介して任意の直流電圧を生成することができる。   Also in the third embodiment, as in the first embodiment, the diode forward voltage is compared with the conventional configuration using a bridge diode as shown in FIG. 15 (configuration with power loss for two diode forward voltages). The power loss can be reduced by two (for example, the power loss can be reduced by 20%). Further, the reduction of the bridge diode and the reduction of the power loss contribute to the cost reduction and miniaturization of the switching power supply device. Furthermore, an arbitrary DC voltage can be generated through on-duty adjustment.

尚、上述の説明では(図13参照)区間P2においてスイッチング素子7をオフ且つ区間P4においてスイッチング素子6をオフとしているが、正区間においてスイッチング素子7を常時オン且つ負区間においてスイッチング素子6を常時オンとしてもよい。   In the above description (see FIG. 13), the switching element 7 is turned off in the section P2 and the switching element 6 is turned off in the section P4. However, the switching element 7 is always on in the positive section and the switching element 6 is always turned on in the negative section. It may be turned on.

<第4実施形態>
本発明の第4実施形態に係るスイッチング電源装置を説明する。第4実施形態は、第1〜第3実施形態を基礎とする実施形態であり、第4実施形態において特に述べない事項に関しては、矛盾の無い限り、第1〜第3実施形態の記載が第4実施形態にも適用される。
<Fourth embodiment>
A switching power supply device according to a fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment is an embodiment based on the first to third embodiments, and the matters described in the fourth embodiment are not described in the first to third embodiments unless there is a contradiction. This also applies to the fourth embodiment.

図14は、第4実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。図14のスイッチング電源装置は、電力変換器4として電力変換器4Dを有する。電力変換器4Dは、図8の電力変換器4B又は図12の電力変換器4Cと同じものである。故に、第4実施形態でも、第2又は第3実施形態と同様の作用及び効果が得られる。電力変換器4Dにおける平滑回路を記号“10D”にて参照する。電力変換器4Dが電力変換器4Bであるとき、平滑回路10Dは図8の平滑回路10Bと同じものであり、電力変換器4Dが電力変換器4Cであるとき、平滑回路10Dは図12の平滑回路10Cと同じものである。   FIG. 14 is a configuration diagram of a switching power supply device according to the fourth embodiment. The switching power supply device of FIG. 14 includes a power converter 4D as the power converter 4. The power converter 4D is the same as the power converter 4B in FIG. 8 or the power converter 4C in FIG. Therefore, in the fourth embodiment, the same operation and effect as in the second or third embodiment can be obtained. The smoothing circuit in the power converter 4D is referred to by the symbol “10D”. When the power converter 4D is the power converter 4B, the smoothing circuit 10D is the same as the smoothing circuit 10B of FIG. 8, and when the power converter 4D is the power converter 4C, the smoothing circuit 10D is the smoothing circuit of FIG. This is the same as the circuit 10C.

第4実施形態に係るスイッチング電源装置は、電力変換器4Dの後段に第2電力変換器17を備え、電力変換器4Dの出力電圧Vo(即ち平滑回路10Dの出力電圧Vo)が電力変換器17に入力される。電力変換器17は、出力電圧Voに対して電力変換(電力変換器4Dが行う電力変換とは異なる電力変換)を行うことで任意の電圧値を有する第2出力電圧Vo’を生成する。出力電圧Vo’は出力部5に供給される。   The switching power supply according to the fourth embodiment includes a second power converter 17 in the subsequent stage of the power converter 4D, and the output voltage Vo of the power converter 4D (that is, the output voltage Vo of the smoothing circuit 10D) is the power converter 17. Is input. The power converter 17 generates a second output voltage Vo ′ having an arbitrary voltage value by performing power conversion (power conversion different from the power conversion performed by the power converter 4D) on the output voltage Vo. The output voltage Vo ′ is supplied to the output unit 5.

交流電力をダイオードにて半波整流してから又はブリッジダイオードで全波整流してから電力変換器に供給する構成では、一般的に、半波整流用のダイオード又は全波整流用のブリッジダイオードと電力変換器との間に(例えば、図15のブリッジダイオード903と電力変換器904との間に)大容量コンデンサが必要となる。このような大容量コンデンサが実装されると電流の位相が電圧より進んで力率が低下方向に向かう。第4実施形態のスイッチング電源装置では、電力変換器17の前段に大容量コンデンサが不要であるため、大容量コンデンサが実装される構成と比べて、力率の改善が見込める。力率の改善により、照明器具のように規制の厳しい機器に対しても本実施形態のスイッチング電源装置を適用できるようになる。   In a configuration in which AC power is half-wave rectified with a diode or full-wave rectified with a bridge diode and then supplied to the power converter, generally, a half-wave rectifier diode or a full-wave rectifier bridge diode is used. A large capacity capacitor is required between the power converter (for example, between the bridge diode 903 and the power converter 904 in FIG. 15). When such a large-capacitance capacitor is mounted, the phase of current advances from the voltage and the power factor decreases. In the switching power supply device of the fourth embodiment, since a large-capacitance capacitor is not required before the power converter 17, an improvement in power factor can be expected compared to a configuration in which a large-capacity capacitor is mounted. Due to the improvement of the power factor, the switching power supply device of the present embodiment can be applied even to a strict device such as a lighting fixture.

<本発明の考察>
本発明について考察する。
<Consideration of the present invention>
Consider the present invention.

本発明に係るスイッチング電源装置は、入力交流電圧が印加される第1及び第2入力線(L1、L2)と、前記第1及び第2入力線間に一次側コイルが間接的に配置されたトランス(15)とを備え、前記入力交流電圧に対し電力変換を行うことにより前記トランスの二次側で出力電圧(Vo)を生成するスイッチング電源装置であって、前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線での脈流電圧と前記第1入力線の電位から見た前記第2入力線での脈流電圧とを交互にスイッチングして前記トランス(15)を双方向に励磁することにより前記電力変換を行うことを特徴とする。   In the switching power supply according to the present invention, a primary coil is indirectly disposed between the first and second input lines (L1, L2) to which an input AC voltage is applied and the first and second input lines. And a transformer (15) for generating an output voltage (Vo) on the secondary side of the transformer by performing power conversion on the input AC voltage, from a potential of the second input line The transformer (15) is bi-directionally excited by alternately switching the pulsating voltage on the first input line as seen and the pulsating voltage on the second input line as seen from the potential of the first input line. Thus, the power conversion is performed.

整流を介さずに入力交流電圧を直接スイッチングし、トランスを双方向に励磁して電力変換を行うことにより、スイッチングの前にブリッジダイオード等による整流が必表な従来構成(例えば図15の構成)と比べて、例えばダイオード順方向電圧2つ分、電力損失を低減することができる。また、ブリッジダイオード等の削減及び電力損失の低減は、スイッチング電源装置の低コスト化及び小型化にも寄与する。   A conventional configuration in which rectification by a bridge diode or the like is essential before switching by switching the input AC voltage directly without rectification and exciting the transformer bidirectionally to perform power conversion (for example, the configuration of FIG. 15). Compared with, for example, power loss can be reduced by two diode forward voltages. In addition, the reduction of bridge diodes and the like and the reduction of power loss contribute to cost reduction and size reduction of the switching power supply device.

尚、第1及び第2入力線間に一次側コイルが間接的に配置されるとは、第1及び第2入力線に一次側コイルが直列接続されているのではなく、第1及び第2入力線と一次側コイルとの間に何らかの部品(スイッチング素子等)が介在していることを意味する。   The fact that the primary coil is indirectly arranged between the first and second input lines does not mean that the primary coil is connected in series to the first and second input lines. This means that some component (such as a switching element) is interposed between the input line and the primary coil.

具体的には例えば、前記第1入力線と前記一次側コイルの一端との間に配置され、前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線での脈流電圧をスイッチングする第1スイッチング素子(6)と、前記第2入力線と前記一次側コイルの他端との間に配置され、前記第1入力線の電位から見た前記第2入力線での脈流電圧をスイッチングする第2スイッチング素子(7)と、前記第1スイッチング素子によるスイッチング動作と前記第2スイッチング素子によるスイッチング動作とを交互に行わせることで、前記トランスを双方向に励磁するスイッチング制御回路(11、12)とを、前記スイッチング電源装置に設けると良い。   Specifically, for example, a first switch that is disposed between the first input line and one end of the primary coil and switches a pulsating voltage in the first input line as viewed from the potential of the second input line. The switching element (6) is disposed between the second input line and the other end of the primary coil, and switches the pulsating voltage in the second input line as viewed from the potential of the first input line. A switching control circuit (11, 12) that excites the transformer bidirectionally by alternately performing a switching operation by the second switching element (7), the first switching element, and a switching operation by the second switching element. ) May be provided in the switching power supply device.

前記第1及び第2スイッチング素子を設け、それらにスイッチング動作を交互に行わせることでトランスの双方向励磁が可能となり、スイッチング前の整流が不要となる。   By providing the first and second switching elements and causing them to perform switching operations alternately, bidirectional excitation of the transformer is possible, and rectification before switching is not required.

尚、上述の各実施形態において、スイッチング制御回路は、制御回路11及び12にて構成されると考えても良いし、制御回路11及び12並びにフィードバック回路16にて構成されると考えても良い。   In each of the embodiments described above, the switching control circuit may be considered to be configured by the control circuits 11 and 12, or may be considered to be configured by the control circuits 11 and 12 and the feedback circuit 16. .

また例えば、前記スイッチング電源装置において、前記トランス(15)の二次側コイルでの発生電圧を平滑することで、前記入力交流電圧と異なる出力交流電圧を前記出力電圧(Vo)として生成すると良い。   In addition, for example, in the switching power supply device, an output AC voltage different from the input AC voltage may be generated as the output voltage (Vo) by smoothing a voltage generated in the secondary coil of the transformer (15).

これにより、低電力損失にて、任意の出力交流電圧を生成することが可能となる。   This makes it possible to generate an arbitrary output AC voltage with low power loss.

或いは例えば、前記トランス(15)の二次側コイルの一端に接続された第1整流素子(8)と、前記トランスの二次側コイルの他端に接続された第2整流素子(9)とを前記スイッチング電源装置に更に設けても良く、この場合、前記スイッチング電源装置は、前記励磁によって前記二次側コイルから出力された電力を前記第1及び第2整流素子を用いて整流し、更に平滑することで前記出力電圧としての直流電圧を生成すると良い。   Alternatively, for example, a first rectifier element (8) connected to one end of the secondary side coil of the transformer (15), and a second rectifier element (9) connected to the other end of the secondary side coil of the transformer. May be further provided in the switching power supply. In this case, the switching power supply rectifies the power output from the secondary coil by the excitation using the first and second rectifying elements, It is preferable to generate a DC voltage as the output voltage by smoothing.

これにより、低電力損失にて、任意の出力直流電圧を生成することが可能となる。   This makes it possible to generate an arbitrary output DC voltage with low power loss.

また具体的には例えば、前記第1及び第2スイッチング素子(6、7)は電界効果トランジスタから成り、前記スイッチング制御回路は、前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線の電位が正となる正区間において前記第1スイッチング素子をスイッチングさせ、前記正区間中で前記第1スイッチング素子をオンとするときに前記第2スイッチング素子もオンとすることで前記第1スイッチング素子のスイッチング電流を前記第2スイッチング素子のボディダイオード(20)に流し、且つ、前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線の電位が負となる負区間において前記第2スイッチング素子をスイッチングさせ、前記負区間中で前記第2スイッチング素子をオンとするときに前記第1スイッチング素子もオンとすることで前記第2スイッチング素子のスイッチング電流を前記第1スイッチング素子のボディダイオード(20)に流すと良い。   More specifically, for example, the first and second switching elements (6, 7) are composed of field effect transistors, and the switching control circuit is configured such that the potential of the first input line viewed from the potential of the second input line. The first switching element is switched in a positive interval in which is positive, and when the first switching element is turned on in the positive interval, the second switching element is also turned on, thereby switching the first switching element. A current is passed through the body diode (20) of the second switching element, and the second switching element is switched in a negative interval in which the potential of the first input line viewed from the potential of the second input line is negative. The first switching element is also turned on when the second switching element is turned on during the negative interval. The switching current of the switching element may flow through the body diode (20) of the first switching element.

これにより、正区間におけるスイッチング電流は、第1スイッチング素子における低抵抗のチャネル(ドレイン−ソース間)を流れると共に、第2スイッチング素子における低電圧のボディダイオードを流れる。負区間におけるスイッチング電流は、第2スイッチング素子における低抵抗のチャネル(ドレイン−ソース間)を流れると共に、第1スイッチング素子における低電圧のボディダイオードを流れる。結果、スイッチングの前にブリッジダイオード等による整流が必表な従来構成(例えば図15の構成)と比べて、例えばダイオード順方向電圧2つ分、電力損失を低減することができる。   As a result, the switching current in the positive section flows through the low-resistance channel (between the drain and source) in the first switching element and also flows through the low-voltage body diode in the second switching element. The switching current in the negative section flows through a low-resistance channel (between drain and source) in the second switching element and also flows through a low-voltage body diode in the first switching element. As a result, power loss can be reduced by, for example, two diode forward voltages, compared to a conventional configuration (for example, the configuration of FIG. 15) in which rectification by a bridge diode or the like is necessary before switching.

また例えば、前記出力電圧(Vo)として直流電圧を生成する前記スイッチング電源装置は、フォワード方式のスイッチング電源装置であって、各々が電界効果トランジスタから成る前記第1及び第2整流素子(8、9)のオン/オフを制御する整流素子制御回路(13、14)を更に備えていると良い。前記フォワード方式のスイッチング電源装置において、例えば、前記スイッチング制御回路(11、12)は、前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線の電位が正となる正区間において前記第1スイッチング素子(6)をスイッチングさせ、且つ、前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線の電位が負となる負区間において前記第2スイッチング素子(7)をスイッチングさせ、前記整流素子制御回路(13、14)は、前記正区間において、前記第1スイッチング素子がオンとされるときに前記第1及び第2整流素子を夫々オン且つオフとする一方、前記第1スイッチング素子がオフとされるときに前記第1及び第2整流素子を共にオフとすることで、前記二次側コイルからの電力を、前記平滑を行う平滑回路(10B、10D)に対し前記第1整流素子を通じて供給し、且つ、前記負区間において、前記第2スイッチング素子がオンとされるときに前記第1及び第2整流素子を夫々オフ及びオンとする一方、前記第2スイッチング素子がオフとされるときに前記第1及び第2整流素子を共にオフとすることで、前記二次側コイルからの電力を、前記平滑回路(10B、10D)に対し前記第2整流素子を通じて供給すると良い。   Further, for example, the switching power supply device that generates a DC voltage as the output voltage (Vo) is a forward-type switching power supply device, and each of the first and second rectifying elements (8, 9) each composed of a field effect transistor. It is preferable to further include a rectifying element control circuit (13, 14) for controlling on / off of). In the forward-type switching power supply device, for example, the switching control circuit (11, 12) may be configured such that the first switching is performed in a positive section in which the potential of the first input line viewed from the potential of the second input line is positive. Switching the element (6) and switching the second switching element (7) in a negative interval in which the potential of the first input line viewed from the potential of the second input line is negative, the rectifying element control In the positive section, the circuits (13, 14) turn on and off the first and second rectifier elements when the first switching element is turned on, while the first switching element is turned off. When both the first and second rectifying elements are turned off, the smoothing circuits (10B, 10D) smooth the power from the secondary coil. In contrast, when the second switching element is turned on in the negative section, the first and second rectifying elements are turned off and on, respectively, while the second rectifying element is turned on and off. By turning off both the first and second rectifier elements when the switching element is turned off, the power from the secondary coil is supplied to the second rectifier element to the smoothing circuit (10B, 10D). Good to supply through.

これにより、低電力損失にて、任意の出力直流電圧を生成することが可能となる。   This makes it possible to generate an arbitrary output DC voltage with low power loss.

或いは例えば、前記出力電圧(Vo)として直流電圧を生成する前記スイッチング電源装置は、フライバック方式のスイッチング電源装置であって、各々が電界効果トランジスタから成る前記第1及び第2整流素子(8、9)のオン/オフを制御する整流素子制御回路(13、14)を更に備えていると良い。前記フライバック方式のスイッチング電源装置において、例えば、前記スイッチング制御回路(11、12)は、前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線の電位が正となる正区間において前記第1スイッチング素子(6)をスイッチングさせ、且つ、前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線の電位が負となる負区間において前記第2スイッチング素子(7)をスイッチングさせ、前記整流素子制御回路(13、14)は、前記正区間において、前記第1スイッチング素子(6)がオンとされるときに前記第1及び第2整流素子を共にオフとする一方、前記第1スイッチング素子がオフとされるときに前記第1及び第2整流素子を夫々オン及びオフとすることで、前記二次側コイルからの電力を、前記平滑を行う平滑回路(10C、10D)に対し前記第1整流素子を通じて供給し、且つ、前記負区間において、前記第2スイッチング素子(7)がオンとされるときに前記第1及び第2整流素子を共にオフとする一方、前記第2スイッチング素子がオフとされるときに前記第1及び第2整流素子を夫々オフ及びオンとすることで、前記二次側コイルからの電力を、前記平滑回路(10C、10D)に対し前記第2整流素子を通じて供給すると良い。   Alternatively, for example, the switching power supply that generates a DC voltage as the output voltage (Vo) is a flyback switching power supply, and each of the first and second rectifying elements (8, It is preferable to further include a rectifying element control circuit (13, 14) for controlling on / off of 9). In the flyback switching power supply device, for example, the switching control circuit (11, 12) may be configured such that the first input line is positive in a positive interval when the potential of the first input line viewed from the potential of the second input line is positive. Switching the switching element (6), and switching the second switching element (7) in a negative interval in which the potential of the first input line viewed from the potential of the second input line is negative, the rectifying element The control circuit (13, 14) turns off both the first and second rectifier elements when the first switching element (6) is turned on in the positive section, while the first switching element A smoothing circuit (10C) that smoothes the power from the secondary side coil by turning on and off the first and second rectifying elements when turned off. 10D) through the first rectifying element, and turning off the first and second rectifying elements when the second switching element (7) is turned on in the negative section, When the second switching element is turned off, the first and second rectifying elements are turned off and on, respectively, so that power from the secondary coil is supplied to the smoothing circuit (10C, 10D). It may be supplied through the second rectifying element.

これにより、低電力損失にて、任意の出力直流電圧を生成することが可能となる。   This makes it possible to generate an arbitrary output DC voltage with low power loss.

また例えば、前記スイッチング電源装置において、前記平滑によって得られた直流電圧(Vo)に対し前記電力変換と異なる第2電力変換を行うことで他の直流電圧(Vo’)を生成するようにしても良い。   Further, for example, in the switching power supply device, another DC voltage (Vo ′) may be generated by performing a second power conversion different from the power conversion on the DC voltage (Vo) obtained by the smoothing. good.

このスイッチング電源装置によれば、前記電力変換を行う電力変換器の前段に、大容量コンデンサを配置する必要がなくなるので、大容量コンデンサが必要となるような従来構成との比較において力率の改善が見込める。   According to this switching power supply device, since it is not necessary to arrange a large-capacity capacitor in front of the power converter that performs the power conversion, the power factor is improved in comparison with the conventional configuration in which a large-capacitance capacitor is required. Can be expected.

<変形等>
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。
<Deformation, etc.>
The embodiment of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea shown in the claims. The above embodiment is merely an example of the embodiment of the present invention, and the meaning of the term of the present invention or each constituent element is not limited to that described in the above embodiment. The specific numerical values shown in the above description are merely examples, and as a matter of course, they can be changed to various numerical values.

上述の各実施形態のスイッチング電源装置において、Pチャンネル型のFETを用いてスイッチング素子6及び7が形成されるように回路構成を変形しても良いし、Pチャンネル型のFETを用いて整流素子8及び9が形成されるように回路構成を変形しても良い。   In the switching power supply device of each of the embodiments described above, the circuit configuration may be modified so that the switching elements 6 and 7 are formed using a P-channel FET, or the rectifier element using a P-channel FET. The circuit configuration may be modified so that 8 and 9 are formed.

1 商用交流電源
2 ノイズフィルタ
4、4A〜4D 電力変換器
5 出力部
6、7 スイッチング素子
8、9 整流素子
10、10A〜10D 平滑回路
11〜14 制御回路
15 トランス
16 フィードバック回路
17 第2電力変換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Commercial AC power supply 2 Noise filter 4, 4A-4D Power converter 5 Output part 6, 7 Switching element 8, 9 Rectifier 10, 10, 10A-10D Smoothing circuit 11-14 Control circuit 15 Transformer 16 Feedback circuit 17 2nd power conversion vessel

Claims (5)

入力交流電圧が印加される第1及び第2入力線と、前記第1及び第2入力線間に一次側コイルが間接的に配置されたトランスとを備え、前記入力交流電圧に対し電力変換を行うことにより前記トランスの二次側で出力電圧を生成するスイッチング電源装置であって、
前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線での脈流電圧と前記第1入力線の電位から見た前記第2入力線での脈流電圧とを交互にスイッチングして前記トランスを双方向に励磁することにより前記電力変換を行う
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
A first input line to which an input AC voltage is applied, and a transformer in which a primary coil is indirectly disposed between the first and second input lines, and performs power conversion on the input AC voltage. A switching power supply that generates an output voltage on the secondary side of the transformer by performing,
The transformer is configured by alternately switching a pulsating voltage at the first input line as viewed from the potential of the second input line and a pulsating voltage at the second input line as viewed from the potential of the first input line. The switching power supply device performs the power conversion by bi-directionally exciting the power.
前記第1入力線と前記一次側コイルの一端との間に配置され、前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線での脈流電圧をスイッチングする第1スイッチング素子と、
前記第2入力線と前記一次側コイルの他端との間に配置され、前記第1入力線の電位から見た前記第2入力線での脈流電圧をスイッチングする第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子によるスイッチング動作と前記第2スイッチング素子によるスイッチング動作とを交互に行わせることで、前記トランスを双方向に励磁するスイッチング制御回路とを更に備えた
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 first switching element that is disposed between the first input line and one end of the primary coil and that switches a pulsating voltage in the first input line as viewed from the potential of the second input line;
A second switching element that is disposed between the second input line and the other end of the primary coil, and switches a pulsating voltage in the second input line as viewed from the potential of the first input line;
The switching control circuit for exciting the transformer bidirectionally by alternately performing a switching operation by the first switching element and a switching operation by the second switching element. The switching power supply device described in 1.
前記トランスの二次側コイルでの発生電圧を平滑することで、前記入力交流電圧と異なる出力交流電圧を前記出力電圧として生成する
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。
The switching power supply according to claim 2, wherein an output AC voltage different from the input AC voltage is generated as the output voltage by smoothing a voltage generated in a secondary coil of the transformer.
前記トランスの二次側コイルの一端に接続された第1整流素子と、
前記トランスの二次側コイルの他端に接続された第2整流素子とを更に備え、
前記励磁によって前記二次側コイルから出力された電力を前記第1及び第2整流素子を用いて整流し、更に平滑することで前記出力電圧としての直流電圧を生成する
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。
A first rectifier connected to one end of the secondary coil of the transformer;
A second rectifier connected to the other end of the secondary coil of the transformer,
The DC voltage as the output voltage is generated by rectifying the electric power output from the secondary coil by the excitation using the first and second rectifying elements and further smoothing the power. 3. The switching power supply device according to 2.
前記第1及び第2スイッチング素子は電界効果トランジスタから成り、
前記スイッチング制御回路は、
前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線の電位が正となる正区間において前記第1スイッチング素子をスイッチングさせ、前記正区間中で前記第1スイッチング素子をオンとするときに前記第2スイッチング素子もオンとすることで前記第1スイッチング素子のスイッチング電流を前記第2スイッチング素子のボディダイオードに流し、且つ、
前記第2入力線の電位から見た前記第1入力線の電位が負となる負区間において前記第2スイッチング素子をスイッチングさせ、前記負区間中で前記第2スイッチング素子をオンとするときに前記第1スイッチング素子もオンとすることで前記第2スイッチング素子のスイッチング電流を前記第1スイッチング素子のボディダイオードに流す
ことを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載のスイッチング電源装置。
The first and second switching elements are field effect transistors,
The switching control circuit includes:
The first switching element is switched in a positive section in which the potential of the first input line viewed from the potential of the second input line is positive, and the first switching element is turned on in the positive section. By turning on the second switching element, the switching current of the first switching element flows through the body diode of the second switching element, and
When the second switching element is switched in a negative interval in which the potential of the first input line viewed from the potential of the second input line is negative, and the second switching element is turned on in the negative interval 5. The switching power supply device according to claim 2, wherein a switching current of the second switching element is caused to flow through a body diode of the first switching element by turning on the first switching element.
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