JP2816892B2 - Resonant switching power supply - Google Patents

Resonant switching power supply

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JP2816892B2
JP2816892B2 JP20173590A JP20173590A JP2816892B2 JP 2816892 B2 JP2816892 B2 JP 2816892B2 JP 20173590 A JP20173590 A JP 20173590A JP 20173590 A JP20173590 A JP 20173590A JP 2816892 B2 JP2816892 B2 JP 2816892B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、直流安定化電源等に使用される共振型スイ
ッチング電源装置に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resonance type switching power supply used for a stabilized DC power supply or the like.

[従来の技術] 現在、電子計算機、通信機器等に使用される電子通信
用電源は、小型、計量、高効率の利点を持つPWM方式の
スイッチング電源が多く使用されている。しかし、スイ
ッチング周波数が20kHz以下の場合には、大きな問題が
生じないが50kHz以上になると、電力伝送用トランスの
洩れインダクタンスやスイッチング素子の浮遊容量の影
響により、スイッチング素子のオン・オフ転換時におけ
るスイッチング素子の両端の電圧波形と電流波形とが重
なり合う割合が大きくなり、この電圧、電流波形が互い
に重なり合う部分がスイッチング損失となり、発振周波
数が高くなるに従って損失が増加する。スイッチング損
失が増加すると、電力変換効率が低下すると共に、発熱
する。このため大きな放熱器を必要とし、電源装置の小
型化の妨げとなる。
[Prior Art] At present, as a power supply for electronic communication used in a computer, a communication device and the like, a switching power supply of a PWM system having advantages of small size, measurement, and high efficiency is often used. However, when the switching frequency is 20 kHz or less, no major problem occurs.However, when the switching frequency is 50 kHz or more, switching at the time of switching on and off of the switching element due to the influence of leakage inductance of the power transmission transformer and stray capacitance of the switching element. The rate at which the voltage waveform and the current waveform at both ends of the element overlap increases, and a portion where the voltage and current waveforms overlap each other causes switching loss, and the loss increases as the oscillation frequency increases. When the switching loss increases, the power conversion efficiency decreases and heat is generated. Therefore, a large radiator is required, which hinders downsizing of the power supply device.

上述の如き問題は第4図に示す共振型スイッチング電
源装置で解決することができる。この共振型スイッチン
グ電源装置の直流電源回路1は電源2と第1及び第2の
端子3、4とから成る。第1の端子3と第2の端子4と
の間には、トランジスタから成る第1及び第2のスイッ
チング素子Q1、Q2の直列回路が接続されていると共に第
1及び第2の共振用コンデンサC1、C2の直列回路が接続
されている。交互にオン・オフされる第1及び第2のス
イッチング素子Q1、Q2に対してバイパス用ダイオードD
1、D2がそれぞれ逆並列に接続されている。第1及び第
2の共振用コンデンサC1、C2に対して並列に第3及び第
4のダイオードD3、D4がそれぞれ接続されている。第1
及び第2の共振用コンデンサC1、C2の接続中点5と第1
及び第2のスイッチング素子Q1、Q2の接続中点6との間
には直列共振用インダクタンス素子(リアクトル)L1と
トランスTの1次巻線N1との直列回路が接続されてい
る。即ち、共振用インダクタンス素子(リアクトル)L1
の一端が第1及び第2の共振用コンデンサC1、C2の接続
中点5に接続され、他端が1次巻線N1を介してスイッチ
ング素子Q1、Q2の接続中点6に接続されている。
The above problem can be solved by the resonance type switching power supply device shown in FIG. The DC power supply circuit 1 of the resonance type switching power supply includes a power supply 2 and first and second terminals 3 and 4. Connected between the first terminal 3 and the second terminal 4 is a series circuit of first and second switching elements Q1 and Q2 composed of transistors, and a first and second resonance capacitor C1. , C2 are connected in series. A bypass diode D is connected to the first and second switching elements Q1 and Q2 which are alternately turned on and off.
1, D2 are connected in anti-parallel. Third and fourth diodes D3 and D4 are connected in parallel to the first and second resonance capacitors C1 and C2, respectively. First
And the connection midpoint 5 between the first and second resonance capacitors C1 and C2 and the first
A series circuit of a series resonance inductance element (reactor) L1 and the primary winding N1 of the transformer T is connected between the second switching element Q1 and the connection midpoint 6 of the second switching element Q2. That is, the resonance inductance element (reactor) L1
Is connected to a connection midpoint 5 between the first and second resonance capacitors C1 and C2, and the other end is connected to a connection midpoint 6 between the switching elements Q1 and Q2 via the primary winding N1. .

トランスTは出力回路又は負荷回路の一部として機能
するものであり、1次巻線N1の他に、2次巻線N2、N3を
有し、このセンタタップ構成の2次巻線N2、N3には、ダ
イオードD5、D6と平滑用コンデンサC3とから成る出力整
流平滑回路7を介して負荷8が接続されている。
The transformer T functions as a part of an output circuit or a load circuit, and has secondary windings N2 and N3 in addition to the primary winding N1, and the secondary windings N2 and N3 having the center tap configuration. Is connected to a load 8 via an output rectifying / smoothing circuit 7 including diodes D5 and D6 and a smoothing capacitor C3.

第1及び第2のスイッチング素子Q1、Q2をオン・オフ
制御するための制御回路9は、出力整流平滑回路7の出
力電圧を検出する電圧検出回路10と、この電圧検出回路
10から得られる検出電圧と基準電圧源11の基準電圧との
差に対応する出力を得るための誤差増幅器12と、この誤
差増幅器12の出力電圧に対応した周波数信号を出力する
V−F(電圧−周波数)変換回路13と、このV−F変換
回路13の出力周波数でスイッチング素子Q1、Q2を交互に
オン・オフ制御するためのスイッチ制御信号形成回路14
とから成る。スイッチ制御信号形成回路14はV−F変換
回路13の出力に基づいて第1のスイッチング素子Q1の制
御信号を形成し、又この反転信号で第2のスイッチング
素子Q2制御信号を形成し、各スイッチング素子Q1、Q2即
ちトランジスタのベースに供給する。
A control circuit 9 for controlling on / off of the first and second switching elements Q1 and Q2 includes a voltage detection circuit 10 for detecting an output voltage of the output rectifying and smoothing circuit 7, and a voltage detection circuit
An error amplifier 12 for obtaining an output corresponding to the difference between the detection voltage obtained from the reference voltage source 10 and the reference voltage of the reference voltage source 11, and a VF (voltage) for outputting a frequency signal corresponding to the output voltage of the error amplifier 12 -Frequency) conversion circuit 13 and a switch control signal forming circuit 14 for alternately turning on and off the switching elements Q1 and Q2 at the output frequency of the VF conversion circuit 13.
Consisting of The switch control signal forming circuit 14 forms a control signal for the first switching element Q1 based on the output of the VF conversion circuit 13, and forms a control signal for the second switching element Q2 based on the inverted signal. The elements Q1 and Q2 are supplied to the base of the transistor.

スイッチング素子Q1、Q2は、直列共振回路の共振周波
数よりも低い周波数で第5図(A)(B)に示すように
交互にオン・オフ制御される。第1のスイッチング素子
Q1がオン、第2のスイッチング素子Q2オフの期間(第5
図のt1〜t4)では、先ず、直流電源2、第1のスイッチ
ング素子Q1、1次巻線N1、インダクタンス素子L1及び第
2の共振用コンデンサC2から成る回路の直列共振に基づ
く電流Iが流れる。第2の共振用コンデンサC2の電圧
は、第5図(C)に示すようにt1時点で0Vであるが、そ
の後徐々に増大して+Eになる。第2の共振用コンデン
サC2の電圧が+Eよりも僅かに高くなると、第3のダイ
オードD3がオン状態になり、ここを通って電流が流れ
る。これにより、コンデンサC2が+Eよりも高い電圧に
充電されることが阻止される。
The switching elements Q1 and Q2 are alternately turned on and off at a frequency lower than the resonance frequency of the series resonance circuit as shown in FIGS. First switching element
The period when Q1 is on and the second switching element Q2 is off (fifth
In (t1 to t4) of the drawing, first, a current I based on the series resonance of a circuit including the DC power supply 2, the first switching element Q1, the primary winding N1, the inductance element L1, and the second resonance capacitor C2 flows. . The voltage of the second resonance capacitor C2 is 0 V at time t1, as shown in FIG. 5C, but thereafter gradually increases to + E. When the voltage of the second resonance capacitor C2 becomes slightly higher than + E, the third diode D3 is turned on, and current flows therethrough. This prevents the capacitor C2 from being charged to a voltage higher than + E.

第5図(D)のt2〜t3期間ではインダクタンス素子L1
の蓄積エネルギーの放出によってスイッチング素子Q1及
び1次巻線N1に正方向の電流が流れ続ける。t3時点でイ
ンダクタンス素子L1のエネルギーの放出が終了して電流
1が零になっても、この時点におけるコンデンサC2の充
電電圧が+Eにクランプされているので、バイパス用ダ
イオードD1がオンにならず、バイパス用ダイオードD1を
通る電流が流れない。従って、t4時点で第2のスイッチ
ング素子Q2がオンになっても第1のバイパス用ダイオー
ドD1の蓄積キャリアが第2のスイッチング素子Q2に流れ
るという現象が生じない。この結果、第2のスイッチン
グ素子Q2のオフからオンへの転換時の損失が小さくな
る。
In the period from t2 to t3 in FIG.
, The positive current continues to flow through the switching element Q1 and the primary winding N1. Even when the discharge of the energy of the inductance element L1 ends at time t3 and the current 1 becomes zero, since the charging voltage of the capacitor C2 at this time is clamped at + E, the bypass diode D1 does not turn on. No current flows through the bypass diode D1. Therefore, even when the second switching element Q2 is turned on at the time point t4, the phenomenon that the accumulated carriers of the first bypass diode D1 flow through the second switching element Q2 does not occur. As a result, the loss when the second switching element Q2 is switched from off to on is reduced.

第2のスイッチング素子Q2がオンになるt4〜t7期間に
おいては、電源2、第1の共振用コンデンサC1、インダ
クタンス素子L1、1次巻線N1及び第2のスイッチング素
子Q2から成る直列共振回路に電源Iが第5図(D)のt4
〜t7に示すように流れる。
In a period from t4 to t7 when the second switching element Q2 is turned on, a series resonance circuit including the power supply 2, the first resonance capacitor C1, the inductance element L1, the primary winding N1, and the second switching element Q2 is formed. The power supply I is at t4 in FIG.
Flows as shown at ~ t7.

出力整流平滑回路7の出力電圧の制御は、電圧検出回
路10から得られる検出電圧と基準電圧との差に対応する
電圧でV−F変換器13を制御し、第1及び第2のスイッ
チング素子Q1、Q2のオン・オフの繰返し周波数を変える
ことによって行う。周波数を変化させると回路のインピ
ーダンスが変化し、出力電圧も変化する。
The output voltage of the output rectifying / smoothing circuit 7 is controlled by controlling the VF converter 13 with a voltage corresponding to the difference between the detection voltage obtained from the voltage detection circuit 10 and the reference voltage, and the first and second switching elements. This is done by changing the repetition frequency of Q1 and Q2 on / off. Changing the frequency changes the impedance of the circuit and the output voltage.

[発明が解決しようとする課題] ところで。第4図に示す従来の共振型スイッチング電
源装置においては、電圧制御によって第1及び第2のス
イッチング素子Q1、Q2のオン・オフ周期即ち発振周波数
が変化する。出力電流と発振周波数とは比例関係を有
し、軽負荷時に発振周波数が可聴周波数範囲内になり、
騒音を発生することがある。また、従来装置ではV−F
変換器13が必要になり、装置が必然的にコスト高になっ
た。
[Problems to be solved by the invention] By the way. In the conventional resonant switching power supply device shown in FIG. 4, the ON / OFF cycle of the first and second switching elements Q1, Q2, that is, the oscillation frequency changes by voltage control. The output current and the oscillation frequency have a proportional relationship, and when the load is light, the oscillation frequency falls within the audible frequency range,
May generate noise. In the conventional device, the VF
The converter 13 was required, and the apparatus was inevitably expensive.

そこで、本発明の目的は、一定周波数駆動が可能であ
り且つコストの低減が可能な共振型スイッチング電源装
置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a resonance type switching power supply device capable of driving at a constant frequency and reducing cost.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するための本発明は。第1の端子と第
2の端子と前記第1及び第2の端子の中点電位を与える
第3の端子とを有する電流電源回路と、前記第1の端子
と前記第2の端子との間に互いに直列に接続された第1
及び第2のスイッチング素子と、前記第1の端子と前記
第2の端子との間に直列に接続された第1及び第2の共
振用コンデンサと。一端と他端とを有し、前記一端が前
記第1及び第2の共振用コンデンサの接続中点に接続さ
れた共振用インダクタンス素子と、前記インダクタンス
素子の他端と前記第1及び第2のスイッチング素子の接
続された接続中点との間に接続された出力トランス又は
負荷と、前記直流電源回路の前記第3の端子と前記共振
用インダクタンス素子の他端との間に接続された双方向
スイッチと、前記第1及び第2のスイッチング素子を交
互にオン・オフ制御し、且つ前記双方向スイッチを前記
第1及び第2のスイッチング素子に対してそれぞれ位相
差を有してオン制御するための制御回路とから成る共振
型スイッチング電源装置に係わるものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention for achieving the above object is as follows. A current power supply circuit having a first terminal, a second terminal, and a third terminal for providing a midpoint potential between the first and second terminals; and between the first terminal and the second terminal. The first connected in series with each other
And a second switching element; and first and second resonance capacitors connected in series between the first terminal and the second terminal. A resonance inductance element having one end and the other end, wherein the one end is connected to a connection midpoint between the first and second resonance capacitors; and the other end of the inductance element and the first and second resonance capacitors. An output transformer or a load connected between the switching element and the connection middle point; and a bidirectional connection between the third terminal of the DC power supply circuit and the other end of the resonance inductance element. A switch and the first and second switching elements are alternately turned on and off, and the bidirectional switch is turned on with a phase difference with respect to the first and second switching elements. And a control circuit of the resonance type.

なお、負荷をトランスを介して接続し、トランスの巻
線の中間端子に双方向スイッチを接続し、トランスのイ
ンダクタンスを共振に利用することができる。
Note that the load can be connected via a transformer, a bidirectional switch can be connected to the intermediate terminal of the winding of the transformer, and the inductance of the transformer can be used for resonance.

また、上記発明の第1及び第2の共振用コンデンサの
代りに、直流電源回路の第3の端子と共振用インダクタ
ンス素子の一端との間に共振用コンデンサを接続するこ
とができる。
Also, instead of the first and second resonance capacitors of the invention, a resonance capacitor can be connected between the third terminal of the DC power supply circuit and one end of the resonance inductance element.

[作 用] 本発明の双方向スイッチは、実質的に負荷を通さずに
共振用インダクタンス及びコンデンサに電流を流す機能
を有する。これにより、共振動作で負荷に放出されるエ
ネルギーの制御即ち出力電圧の制御が可能になり、一定
周波数による電圧制御が可能になる。
[Operation] The bidirectional switch of the present invention has a function of flowing a current to the resonance inductance and the capacitor without substantially passing the load. As a result, it is possible to control the energy released to the load in the resonance operation, that is, to control the output voltage, and to control the voltage at a constant frequency.

[第1の実施例] 次に、第1図及び第2図を参照して本発明の第1の実
施例に係わる共振型スイッチング電源装置即ち共振型DC
−DCコンバータを説明する。但し、第1図において第4
図と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説
明を省略する。
First Embodiment Next, referring to FIGS. 1 and 2, a resonance type switching power supply device according to a first embodiment of the present invention, that is, a resonance type DC
-DC converter will be described. However, in FIG.
Parts that are substantially the same as those in the figure are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

第1図の共振型スイッチング電源装置は中間タップ即
ち第3の端子20を有する電源回路1を含む。電源回路1
は電圧E/2をそれぞれ発生する第1及び第2の電源2a、2
bの直列回路から成り、第3の端子20はこれ等の中間に
接続されている。第3の端子20と共振用インダクタンス
素子L1の右端21との間に共振電流のピーク値調整用イン
ダクタンス素子(リアクトル)L2を介して双方向スイッ
チ22が接続されている。双方向スイッチ22はトランジス
タから成る第3及び第4のスイッチング素子Q3、Q4と逆
流防止用ダイオードD7、D8とから成る。
The resonant switching power supply of FIG. 1 includes a power supply circuit 1 having an intermediate tap or third terminal 20. Power supply circuit 1
Are first and second power supplies 2a, 2a respectively generating a voltage E / 2.
The third terminal 20 is connected in the middle of these series circuits. A bidirectional switch 22 is connected between the third terminal 20 and the right end 21 of the resonance inductance element L1 via a resonance current peak value adjustment inductance element (reactor) L2. The bidirectional switch 22 includes third and fourth switching elements Q3 and Q4 each including a transistor, and backflow prevention diodes D7 and D8.

定電圧制御回路23は、第4図と同様に電圧検出回路1
0、基準電圧源11及び誤差増幅器12を含み、更にパルス
発生回路24及び位相制御回路25を含む。
The constant voltage control circuit 23 includes the voltage detection circuit 1 as in FIG.
0, includes a reference voltage source 11 and an error amplifier 12, and further includes a pulse generation circuit 24 and a phase control circuit 25.

パルス発生回路24は第2図(A)(B)に示す2つの
方形波パルスを一定周期Tで発生し、これを第3及び第
4のスイッチング素子Q3、Q4に与えると共に、位相制御
回路25に与える。位相制御回路25は、第2図(A)
(B)のパルスの立上り位相をTdだけ遅延した第2図
(C)(D)のパルスを発生する。位相制御回路25はこ
こに接続されている誤差増幅器12の出力に応答して位相
差即ち遅延時間Tdを制御する。即ち、負荷8の電圧が基
準よりも高くなった時に位相差Tdを大きくするように第
2図(C)(D)のパルスの立上り時点を制御する。な
お、この実施例では、位相差Tdに対応する負パルスを形
成し、この負パルスと第2図(A)(B)のパルスとを
論理回路に通すことによって第2図(C)(D)のパル
スを得ている。勿論負パルスの幅は誤差増幅器12の出力
によって制御されている。位相制御回路25の2本の出力
線は第1及び第2のスイッチング素子Q1、Q2に接続され
ている。
The pulse generating circuit 24 generates two square-wave pulses shown in FIGS. 2A and 2B at a constant period T, and supplies them to the third and fourth switching elements Q3 and Q4. Give to. The phase control circuit 25 is shown in FIG.
The pulses of FIGS. 2C and 2D are generated by delaying the rising phase of the pulse of FIG. 2B by Td. The phase control circuit 25 controls the phase difference, that is, the delay time Td, in response to the output of the error amplifier 12 connected thereto. That is, the rising point of the pulse shown in FIGS. 2C and 2D is controlled so as to increase the phase difference Td when the voltage of the load 8 becomes higher than the reference. In this embodiment, a negative pulse corresponding to the phase difference Td is formed, and the negative pulse and the pulses shown in FIGS. A) get the pulse. Of course, the width of the negative pulse is controlled by the output of the error amplifier 12. The two output lines of the phase control circuit 25 are connected to the first and second switching elements Q1, Q2.

[動 作] 第1の共振用コンデンサC1が電源電圧Eに充電され、
第2の共振用コンデンサC2が零ボルト状態にある第2図
のt1時点で第3のスイッチング素子Q3が第2図(A)の
制御パルスでオン駆動されると、電源2b、第3のスイッ
チング素子Q3、ダイオードD7、ピーク調整用インダクタ
ンス素子L2、共振用インダクタンス素子L1及び第2の共
振用コンデンサC2から成る直列共振回路に第2図(F)
に示す第2の直流I2が流れ始め、この電流I2はt1〜t2に
おいて徐々に増大する。これと共に、第2の共振用コン
デンサC2が充電されるためにこの電圧Vc2が第2図
(I)に示すように徐々に増大する。
[Operation] The first resonance capacitor C1 is charged to the power supply voltage E,
When the third switching element Q3 is turned on by the control pulse of FIG. 2A at time t1 in FIG. 2 when the second resonance capacitor C2 is in the zero volt state, the power supply 2b and the third switching FIG. 2 (F) shows a series resonance circuit including the element Q3, the diode D7, the peak adjustment inductance element L2, the resonance inductance element L1, and the second resonance capacitor C2.
(2) starts flowing, and this current I2 gradually increases from t1 to t2. At the same time, since the second resonance capacitor C2 is charged, the voltage Vc2 gradually increases as shown in FIG. 2 (I).

第2図(C)に示すようにt2で第1のスイッチング素
子Q1がオンになると、電源2a、第1のスイッチング素子
Q1、1次巻線N1、共振用インダクタンス素子L1、第2の
共振用コンデンサC2及び電源2bから成る回路に共振電源
Iが第2図(G)に示すように流れ始める。従って、負
荷8が接続されているトランスTに対する電力供給がt1
〜t2の遅れを有して開始される。電流Iは洩れインダク
タンスを有する1次巻線N1を通って流れるので、t2から
徐々に増大する。一方、第1のスイッチング素子Q1がオ
ンになることによって第3のスイッチング素子Q3が逆バ
イアス状態になり、電流I2は第2図(F)に示すように
減少し、t3で零になる。第2図(H)に示す共振用イン
ダクタンス素子L1に流れる電流I1は第2図(F)に示す
電流I2と第2図(G)に示す電流Iの和であるので、連
続した正弦波状の波形になり、共振動作が継続する。第
2の共振用コンデンサC2は、電流I2で予め充電されてい
るので、トランスTを通る電流Iによる充電開始点t2か
ら比較的短い時間で電源電圧Eに充電される。t4で第2
の共振用コンデンサC2が電源電圧Eになると、第3のダ
イオードD3がオンになるため、第2の共振用コンデンサ
C2の電圧Vc2が第2図(I)に示すようにEにクランプ
される。共振用インダクタンス素子L1に蓄積されている
エネルギーは共振用インダクタンス素子L1とダイオード
D3と第1のスイッチング素子Q1と1次巻線N1とから成る
回路で放出され、この放出がt5で終了する。
As shown in FIG. 2 (C), when the first switching element Q1 is turned on at t2, the power supply 2a, the first switching element
As shown in FIG. 2 (G), the resonance power supply I starts to flow through the circuit composed of Q1, the primary winding N1, the resonance inductance element L1, the second resonance capacitor C2, and the power supply 2b. Therefore, the power supply to the transformer T to which the load 8 is connected is t1
Started with a delay of ~ t2. Since the current I flows through the primary winding N1 having a leakage inductance, it gradually increases from t2. On the other hand, when the first switching element Q1 is turned on, the third switching element Q3 is in a reverse bias state, and the current I2 decreases as shown in FIG. 2 (F) and becomes zero at t3. The current I1 flowing through the resonance inductance element L1 shown in FIG. 2 (H) is the sum of the current I2 shown in FIG. 2 (F) and the current I shown in FIG. 2 (G). It becomes a waveform and the resonance operation continues. Since the second resonance capacitor C2 is charged in advance with the current I2, the second resonance capacitor C2 is charged to the power supply voltage E in a relatively short time from the charging start point t2 by the current I passing through the transformer T. Second at t4
When the resonance capacitor C2 becomes the power supply voltage E, the third diode D3 is turned on.
The voltage Vc2 of C2 is clamped at E as shown in FIG. The energy stored in the resonance inductance element L1 is equal to that of the resonance inductance element L1 and the diode.
D3, the first switching element Q1, and the primary winding N1 are discharged by a circuit, and the discharge ends at t5.

第1及び第3のスイッチング素子Q1、Q3はt6までオン
制御されているが、第2の共振用コンデンサC2が電源電
圧Eに充電されているためにトランスTの1次巻線N1の
電圧及び電流は零である。第1の共振用コンデンサC1の
電圧波形が第2図に示されていないが、t1〜t7期間にお
けるこの電圧波形は第2図(I)のt7〜t13期間の波形
と同一である。即ち、第1の共振用コンデンサC1の電圧
は、t1で電源電圧Eであり、その後放電してt4で零にな
り、この零の状態がt7まで継続される。第1の共振用コ
ンデンサC1の放電回路は、第1の共振用コンデンサC1、
電源2a、第3のスイッチング素子Q3、ダイオードD7、及
びインダクタンス素子L2、L1から成る回路と、第1の共
振用コンデンサC1、第1のスイッチング素子Q1、1次巻
線N1、共振用インダクタンス素子L1とから成る回路であ
る。
The first and third switching elements Q1 and Q3 are on-controlled until t6, but since the second resonance capacitor C2 is charged to the power supply voltage E, the voltage of the primary winding N1 of the transformer T and The current is zero. Although the voltage waveform of the first resonance capacitor C1 is not shown in FIG. 2, this voltage waveform in the period from t1 to t7 is the same as the waveform in the period from t7 to t13 in FIG. 2 (I). That is, the voltage of the first resonance capacitor C1 is the power supply voltage E at t1, then discharges to zero at t4, and this zero state continues until t7. The discharge circuit of the first resonance capacitor C1 includes the first resonance capacitor C1,
A circuit including a power supply 2a, a third switching element Q3, a diode D7, and inductance elements L2 and L1, a first resonance capacitor C1, a first switching element Q1, a primary winding N1, and a resonance inductance element L1 It is a circuit consisting of

第2図(B)に示すようにt7で第4のスイッチング素
子Q4がオンになると、電源2a、第1の共振用コンデンサ
C1、共振用インダクタンス素子L1、ピーク調整用インダ
クタンス素子L2、第4のスイッチング素子Q4及びダイオ
ードD8から成る回路による共振動作、及び第2の共振用
コンデンサC2、共振用インダクタンス素子L1、ピーク調
整用インダクタンス素子L2、第4のスイッチング素子Q
4、ダイオードD8及び電源2bから成る回路による共振動
作が生じ、第2の共振用コンデンサC2の電圧Vc2は第2
図(I)に示すように徐々に低下し、t10で零ボルトに
なる。t7〜t13期間における第1の共振用コンデンサC1
の電圧の変化は、第2の共振用コンデンサC2のt1〜t7期
間のそれと同一である。t7〜t13期間の電流I2、I、I1
の変化は、極性が反対であることを除いてt1〜t7期間の
それと同一である。
As shown in FIG. 2 (B), when the fourth switching element Q4 is turned on at t7, the power supply 2a and the first resonance capacitor
C1, resonance inductance element L1, peak adjustment inductance element L2, fourth switching element Q4 and diode D8, resonance operation, and second resonance capacitor C2, resonance inductance element L1, peak adjustment inductance Element L2, fourth switching element Q
4. A resonance operation is generated by a circuit including the diode D8 and the power supply 2b, and the voltage Vc2 of the second resonance capacitor C2 is equal to the second voltage.
As shown in FIG. 1 (I), the voltage gradually decreases and reaches zero volt at t10. The first resonance capacitor C1 during the period from t7 to t13
Is the same as that of the second resonance capacitor C2 during the period from t1 to t7. Currents I2, I, I1 during the period from t7 to t13
Is identical to that of the period t1 to t7 except that the polarity is opposite.

電圧検出回路10による出力電圧検出値が基準値よりも
例えば高くなったとすれば、誤差増幅器12の出力が高く
なり、位相制御回路25から発生する第1及び第2のスイ
ッチング素子Q1、Q2の制御パルスの立上り位相の遅れ時
間Tdが長くなる。第2図(C)において破線で示すよう
にパルスの立上りが遅れると、第2図(F)(G)で破
線で示すように電流I2、Iも変化し、結局、トランスT
の1次巻線N1に流れる電流Iの実効値が小さくなり、出
力電圧が低下し、基準値に戻される。この電圧制御にお
いて第1〜第4のスイッチング素子Q1〜Q4のオン・オフ
周期は一定であるので、周波数変化による騒音の発生を
防ぐことができる。
If the output voltage detection value by the voltage detection circuit 10 becomes higher than the reference value, for example, the output of the error amplifier 12 becomes higher, and the control of the first and second switching elements Q1, Q2 generated from the phase control circuit 25 is performed. The delay time Td of the rising phase of the pulse becomes longer. If the rise of the pulse is delayed as shown by the broken line in FIG. 2C, the currents I2 and I also change as shown by the broken lines in FIGS.
, The effective value of the current I flowing through the primary winding N1 decreases, the output voltage decreases, and returns to the reference value. In this voltage control, since the ON / OFF cycle of the first to fourth switching elements Q1 to Q4 is constant, it is possible to prevent the occurrence of noise due to the frequency change.

[第2の実施例] 次に、第3図に示す第2の実施例の共振型スイッチン
グ電源装置を説明する。但し、第3図及び後述する第6
図及び第7図において第1図及び第4図と共通する部分
には同一の符号を付してその説明を省略する。
Second Embodiment Next, a description will be given of a resonant switching power supply according to a second embodiment shown in FIG. However, FIG. 3 and FIG.
In FIG. 7 and FIG. 7, the same parts as those in FIG. 1 and FIG.

第3図においては、1つの共振用コンデンサC1が共振
用インダクタンス素子L1と電源回路1の第3の端子(中
間端子)20との間に接続されている他は第1図と全く同
様に構成されている。この場合には共振用コンデンサC1
が+E/2と−E/2との間で充放電する。即ち、コンデンサ
C1の電圧は、第2図(I)の波形の最低レベルを−E/
2、最高レベルを+E/2、中間を零ボルトとして変化す
る。第1〜第4のスイッチング素子Q1〜Q4、電流、I、
I1、I2の変化は第2図と同一である。
In FIG. 3, the configuration is exactly the same as in FIG. 1, except that one resonance capacitor C1 is connected between the resonance inductance element L1 and the third terminal (intermediate terminal) 20 of the power supply circuit 1. Have been. In this case, the resonance capacitor C1
Charge and discharge between + E / 2 and −E / 2. That is, the capacitor
The voltage of C1 is set to the lowest level of the waveform of FIG.
2. Change the maximum level to + E / 2 and the middle to zero volts. First to fourth switching elements Q1 to Q4, current, I,
Changes in I1 and I2 are the same as in FIG.

立上り時の補助共振電流I2は共振用コンデンサC1、第
3のスイッチング素子Q3、ダイオードD7、ピーク調整用
インダクタンス素子L2及び共振用インダクタンス素子L1
か成る回路又は共振用コンデンサC1、共振用インダクタ
ンス素子L1、ピーク調整用インダクタンス素子L2、第4
のスイッチング素子Q4及びダイオードD8から成る回路で
流れる。
The auxiliary resonance current I2 at the time of rising is determined by the resonance capacitor C1, the third switching element Q3, the diode D7, the peak adjustment inductance element L2, and the resonance inductance element L1.
The circuit or the resonance capacitor C1, the resonance inductance element L1, the peak adjustment inductance element L2, the fourth
Flows through a circuit including the switching element Q4 and the diode D8.

電流Iは、電源2a、第1のスイッチング素子Q1、1次
巻線N1、共振用インダクタンス素子L1及び共振用コンデ
ンサC1から成る回路又は電源2b、共振用コンデンサC1、
共振用インダクタンス素子L1、1次巻線N1及び第4のス
イッチング素子Q4から成る回路で流れる。
The current I is a circuit composed of a power supply 2a, a first switching element Q1, a primary winding N1, a resonance inductance element L1 and a resonance capacitor C1, or a power supply 2b, a resonance capacitor C1,
The current flows through a circuit including the resonance inductance element L1, the primary winding N1, and the fourth switching element Q4.

第3図の共振型スイッチング電源装置は、第1図の装
置と同一の効果を有する。
The resonance type switching power supply of FIG. 3 has the same effect as the apparatus of FIG.

[変形例] 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例え
ば次の変形が可能なものである。
[Modifications] The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following modifications are possible.

(1) 第1〜第4のスイッチング素子Q1〜Q4としてFE
T(電界効果トランジスタ)を使用することができる。
ソース接地型絶縁ゲートFETの場合は、ソース・ドレイ
ン間に寄生ダイオードが含まれているので、バイパス用
ダイオードD1、D2が不要になる。
(1) FE as the first to fourth switching elements Q1 to Q4
T (field effect transistor) can be used.
In the case of a common-source insulated gate FET, since a parasitic diode is included between the source and the drain, the bypass diodes D1 and D2 become unnecessary.

(2) 第3及び第4のスイッチング素子Q3、Q4から成
る双方向スイッチを1つの交流スイッチ素子に置き換え
ることができる。
(2) The bidirectional switch including the third and fourth switching elements Q3 and Q4 can be replaced with one AC switching element.

(3) 第2図(A)(B)において、第3及び第4の
スイッチング素子Q3、Q4の制御パルスの幅が第2図
(C)(D)に示す第1及び第2のスイッチング素子Q
1、Q2のパルスの幅よりも長くなっているが、互いに同
一にしてもよい。また、第2図(F)の電流I2を流す期
間に限定されるように第2図(A)(B)のパルスの幅
を狭めることができる。
(3) In FIGS. 2A and 2B, the widths of the control pulses of the third and fourth switching elements Q3 and Q4 are the first and second switching elements shown in FIGS. 2C and 2D. Q
1. Although it is longer than the pulse width of Q2, they may be the same as each other. Further, the width of the pulse shown in FIGS. 2A and 2B can be narrowed so as to be limited to the period for flowing the current I2 shown in FIG. 2F.

(4) 第1図及び第3図において、トランスTの代り
に負荷を直接に接続することができる。
(4) In FIGS. 1 and 3, a load can be directly connected instead of the transformer T.

(5) 第6図及び第7図に示すように、トランスTの
インダクタンスを共振に使用してもよい。即ち、第6図
及び第7図においては、トランスTの1次巻線N1に中間
端子30が設けられ、ここにピーク調整用インダクタンス
素子L2が接続されている。トランスTの1次巻線N1のイ
ンダクタンスを共振用インダクタンスとして使用してい
るので、第1図に示されている共振用インダクタンス素
子L1は省略されている。しかし、第6図及び第7図にお
いても補助的に共振用インダクタンス素子を設けること
もできる。補助共振の電流I2は1次巻線N1の全部に流れ
ないので、出力電圧に対する寄与は主共振電流Iよりも
小さい。従って、第1図及び第3図と同様に出力電圧制
御が可能になる。
(5) As shown in FIGS. 6 and 7, the inductance of the transformer T may be used for resonance. That is, in FIGS. 6 and 7, an intermediate terminal 30 is provided on the primary winding N1 of the transformer T, and the peak adjusting inductance element L2 is connected to this. Since the inductance of the primary winding N1 of the transformer T is used as the resonance inductance, the resonance inductance element L1 shown in FIG. 1 is omitted. However, also in FIGS. 6 and 7, a resonance inductance element can be additionally provided. Since the auxiliary resonance current I2 does not flow through the entire primary winding N1, the contribution to the output voltage is smaller than the main resonance current I. Therefore, output voltage control becomes possible as in FIGS. 1 and 3.

(6) 第1図及び第3図において、第1及び第3の端
子3、20間及び第2及び第3の端子4、20間にコンデン
サを接続することができる。
(6) In FIGS. 1 and 3, a capacitor can be connected between the first and third terminals 3 and 20 and between the second and third terminals 4 and 20.

[発明の効果] 上述から明らかなように本発明によれば、比較的簡単
な構成で一定周波数駆動が可能な共振型スイッチング電
源装置を提供することができる。
[Effects of the Invention] As is clear from the above, according to the present invention, it is possible to provide a resonance type switching power supply device capable of driving at a constant frequency with a relatively simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1の実施例に係わる共振型スイッチ
ング電源装置を示す回路図、 第2図は第1図の各部の状態を示す波形図、 第3図は第2の実施例の共振型スイッチング電源装置を
示す回路図、 第4図は従来例の共振型スイッチング電源装置を示す回
路図、 第5図は第4図の各部の状態を示す波形図、 第6図及び第7図は変形例の共振型スイッチング電源装
置を示す回路図である。 1……直流電源回路、3……第1の端子、4……第2の
端子、20……第3の端子、Q1〜Q4……スイッチング素
子、C1,C2……共振用コンデンサ、L1……直列共振用イ
ンダクタンス素子、N1……1次巻線。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a resonance type switching power supply according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing the state of each part in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a resonance type switching power supply device, FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a conventional resonance type switching power supply device, FIG. 5 is a waveform diagram illustrating states of respective parts in FIG. 4, FIG. 6 and FIG. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a resonance type switching power supply device according to a modification. 1 DC power supply circuit 3 First terminal 4 Second terminal 20 Third terminal Q1 to Q4 Switching element C1, C2 Resonant capacitor L1 ... series resonance inductance element, N1 ... primary winding.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1の端子と第2の端子と前記第1及び第
2の端子の中点電位を与える第3の端子とを有する直流
電源回路と、 前記第1の端子と前記第2の端子との間に互いに直列に
接続させた第1及び第2のスイッチング素子と、 前記第1の端子と前記第2の端子との間に互いに直列に
接続された第1及び第2の共振用コンデンサと、 一端と他端とを有し、前記一端が前記第1及び第2の共
振用コンデンサの接続中点に接続された共振用インダク
タンス素子と、 前記インダクタンス素子の他端と前記第1及び第2のス
イッチング素子の接続中点との間に接続された出力トラ
ンス又は負荷と、 前記直流電源回路の前記第3の端子と前記共振用インダ
クタンス素子の他端との間に接続された双方向スイッチ
と、 前記第1及び第2のスイッチング素子を交互にオン・オ
フ制御し、且つ前記双方向スイッチを前記第1及び第2
のスイッチング素子に対してそれぞれ位相差を有してオ
ン制御するための制御回路と から成る共振型スイッチング電源装置。
A DC power supply circuit having a first terminal, a second terminal, and a third terminal for providing a midpoint potential between the first and second terminals; a first terminal and the second terminal; First and second switching elements connected in series between the first and second terminals, and first and second resonance elements connected in series between the first and second terminals. A resonance inductance element having one end and the other end, wherein the one end is connected to a connection midpoint between the first and second resonance capacitors; and a second end of the inductance element and the first end. And an output transformer or load connected between the connection point of the second switching element and a connection point between the third terminal of the DC power supply circuit and the other end of the resonance inductance element. Direction switch; the first and second switches And alternately on-off control of the device, and wherein the bidirectional switches the first and second
And a control circuit for performing on-control of each of the switching elements with a phase difference.
【請求項2】第1の端子と第2の端子と前記第1及び第
2の端子の中点電位を与える第3の端子とを有する直流
電源回路と、 前記第1の端子と前記第2の端子との間に互いに直列に
接続された第1及び第2のスイッチング素子と、 前記第1の端子と前記第2の端子との間に互いに直列に
接続された第1及び第2の共振用コンデンサと、 一端と他端とを有し、前記一端が前記第1及び第2の共
振用コンデンサの接続中点に接続され、前記他端が前記
第1及び第2のスイッチング素子の接続中点に接続され
且つ中間端子を有している巻線と、 前記巻線に基づいて電力供給を受ける負荷と、 前記直流電源回路の前記第3の端子と前記巻線の中間端
子との間に接続された双方向スイッチと、 前記第1及び第2のスイッチング素子を交互にオン・オ
フ制御し、且つ前記双方向スイッチを前記第1及び第2
のスイッチング素子に対してそれぞれ位相差を有してオ
ン制御するための制御回路と から成る共振型スイッチング電源装置。
2. A DC power supply circuit having a first terminal, a second terminal, and a third terminal for providing a midpoint potential between the first and second terminals, a first terminal and the second terminal. First and second switching elements connected in series between the first and second terminals, and first and second resonance elements connected in series between the first terminal and the second terminal. And one end and the other end, wherein the one end is connected to a connection midpoint between the first and second resonance capacitors, and the other end is connected to the first and second switching elements. A winding connected to a point and having an intermediate terminal; a load receiving power supply based on the winding; and a load between the third terminal of the DC power supply circuit and an intermediate terminal of the winding. The connected bidirectional switch and the first and second switching elements are alternately turned on and off. Controlling, and said two-way switch first and second
And a control circuit for performing on-control of each of the switching elements with a phase difference.
【請求項3】第1の端子と第2の端子と前記第1及び第
2の端子の中点電位を与える第3の端子とを有する直流
電源回路と、 前記第1の端子と前記第2の端子との間に互いに直列に
接続された第1及び第2のスイッチング素子と、 前記第1及び第2のスイッチング素子の接続中点と前記
第3の端子との間に接続された共振用コンデンサと負荷
又は出力トランスと共振用インダクタンス素子と共振用
コンデンサとの直列回路と、 前記共振用インダクタンス素子と前記負荷又は出力トラ
ンスとの接続点と前記第3の端子との間に接続された双
方向スイッチと、 前記第1及び第2のスイッチング素子を交互にオン・オ
フ制御し、且つ前記双方向スイッチを前記第1及び第2
のスイッチング素子に対してそれぞれ位相差を有してオ
ン制御するための制御回路と から成る共振型スイッチング電源装置。
3. A DC power supply circuit having a first terminal, a second terminal, and a third terminal for applying a midpoint potential between the first and second terminals, a first terminal and the second terminal. First and second switching elements connected in series with each other between the first and second terminals, and a resonance element connected between the connection midpoint between the first and second switching elements and the third terminal. A series circuit of a capacitor and a load or an output transformer, a resonance inductance element and a resonance capacitor, and both connected between a connection point between the resonance inductance element and the load or output transformer and the third terminal. Direction switch and the first and second switching elements are alternately turned on and off, and the bidirectional switch is switched between the first and second switching elements.
And a control circuit for performing on-control of each of the switching elements with a phase difference.
【請求項4】第1の端子と第2の端子と前記第1及び第
2の端子の中点電位を与える第3の端子とを有する直流
電源回路と、 前記第1の端子と前記第2の端子との間に互いに直列に
接続された第1及び第2のスイッチング素子と、 前記第1及び第2のスイッチング素子の接続中点と、前
記第3の端子との間に接続された中間端子を有する巻線
と共振用コンデンサとの直列回路と、 前記巻線に基づいて電力供給を受ける負荷と、 前記第3の端子と前記中間端子との間に接続された双方
向スイッチと、 前記第1及び第2のスイッチング素子を交互にオン・オ
フ制御し、且つ前記双方向スイッチを前記第1及び第2
のスイッチング素子に対してそれぞれ位相差を有してオ
ン制御するための制御回路と から成る共振型スイッチング電源装置。
4. A DC power supply circuit having a first terminal, a second terminal, and a third terminal for providing a midpoint potential between the first and second terminals, a first terminal and a second terminal. A first and a second switching element connected in series with each other between the first and second terminals; a middle point connected between the connection point of the first and the second switching element and the third terminal; A series circuit including a winding having a terminal and a resonance capacitor; a load receiving power supply based on the winding; a bidirectional switch connected between the third terminal and the intermediate terminal; First and second switching elements are alternately turned on and off, and the bidirectional switch is switched between the first and second switching elements.
And a control circuit for performing on-control of each of the switching elements with a phase difference.
【請求項5】前記双方向スイッチは、逆並列接続された
第3及び第4のスイッチング素子から成ることを特徴と
する共振型スイッチング電源装置。
5. The resonance type switching power supply device according to claim 1, wherein said bidirectional switch comprises third and fourth switching elements connected in anti-parallel.
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