JP2976687B2 - Switching power supply - Google Patents

Switching power supply

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JP2976687B2
JP2976687B2 JP4077402A JP7740292A JP2976687B2 JP 2976687 B2 JP2976687 B2 JP 2976687B2 JP 4077402 A JP4077402 A JP 4077402A JP 7740292 A JP7740292 A JP 7740292A JP 2976687 B2 JP2976687 B2 JP 2976687B2
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JP
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transformer
current
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capacitor
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聖一 野口
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YOKOKAWA DENKI KK
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YOKOKAWA DENKI KK
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はスイッチング電源装置に
関し、特に、主スイッチ素子のデューティ制御を行うP
WM方式のスイッチング電源装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply, and more particularly to a switching power supply for controlling the duty of a main switch element.
The present invention relates to a WM switching power supply.

【0002】[0002]

【従来の技術】米国特許第 4441146号には、トランスと
並列に、補助スイッチング手段とコンデンサとを直列に
接続した回路を接続し、補助スイッチを主スイッチング
手段に対して相補的に駆動する構成が記載されている。
この構成は、フォワードコンバータにおける、トランス
の最適なリセットの実現をねらったものである。
2. Description of the Related Art U.S. Pat. No. 4,441,146 discloses a configuration in which a circuit in which auxiliary switching means and a capacitor are connected in series is connected in parallel with a transformer, and an auxiliary switch is driven complementarily to the main switching means. Are listed.
This configuration aims at realizing the optimum reset of the transformer in the forward converter.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述した米国特許第 4
441146号の回路構成において、主スイッチ手段を零電圧
ターンオン(スイッチ手段のオン直前に寄生容量の電荷
をクリアし、その後、スイッチ手段を零電圧の状態でオ
ンさせて損失を抑制する技術であり、零電圧スイッチン
グともいう)させるには、トランスの励磁インダクタン
スを低くして励磁電流を増大させる必要がある。この場
合、トランスの励磁インダクタンスを低くするには、コ
アのギャップの増大が必要であり、トランスの設計が困
難となり、また、トランス自体の効率も低下する。
The above-mentioned US Patent No. 4
In the circuit configuration of No. 441146, the main switch is turned on at zero voltage (the charge of the parasitic capacitance is cleared immediately before the switch is turned on, and then the switch is turned on at zero voltage to suppress the loss. In order to perform zero voltage switching, it is necessary to reduce the exciting inductance of the transformer and increase the exciting current. In this case, in order to reduce the exciting inductance of the transformer, it is necessary to increase the gap of the core, which makes it difficult to design the transformer, and also reduces the efficiency of the transformer itself.

【0004】本発明はこのような考察に基づいてなされ
たものであり、その目的は、零電圧ターンオンの適用範
囲の拡大を、トランスの励磁電流を増大することなく、
かつ、装置の複雑化を招くことなく達成することにあ
る。
The present invention has been made based on such considerations, and an object of the present invention is to expand the applicable range of zero-voltage turn-on without increasing the exciting current of a transformer.
In addition, an object of the present invention is to achieve the above without causing the device to be complicated.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明では、誘導体負荷
と容量性負荷を、補助スイッチング手段に対して密に結
合させてT型(H型と見ることもできる)の回路網を構
成している。
According to the present invention, a T-type (also referred to as H-type) network is constructed by tightly coupling a dielectric load and a capacitive load to an auxiliary switching means. I have.

【0006】[0006]

【作用】補助スイッチング手段と、コンデンサの直列接
続より構成されるリセット回路と、転流用のインダクタ
とからなるT型回路網における充放電電流が、電源装置
の効率的な動作を促進する。補助スイッチング手段とコ
ンデンサの直列接続より構成されるリセット回路は、ト
ランスを正負に交互に励磁して極性の偏りを是正し、ト
ランスおよび転流用のインダクタを最適にリセットす
る。また、前記転流用のインダクタは、エネルギーの蓄
積,逆起電圧による電流の放出を繰返し、その放出電流
は、トランスのリセット電流と共に、主スイッチ素子
(および補助スイッチ素子)の零電圧ターンオンを促進
する。したがって、トランスの励磁電流を増加させるこ
となく、零電圧ターンオン特性を改善できる。
The charge / discharge current in the T-type network comprising the auxiliary switching means, the reset circuit composed of a series connection of capacitors, and the commutation inductor promotes efficient operation of the power supply device. A reset circuit composed of a series connection of the auxiliary switching means and a capacitor alternately excites the transformer positively and negatively to correct the bias of the polarity and optimally reset the transformer and the commutation inductor. In addition, the commutation inductor repeats accumulation of energy and emission of current due to back electromotive force, and the emission current promotes zero voltage turn-on of the main switch element (and the auxiliary switch element) together with the reset current of the transformer. . Therefore, the zero-voltage turn-on characteristics can be improved without increasing the exciting current of the transformer.

【0007】さらに、上述の補助スイッチング手段,コ
ンデンサ,インダクタは、T型(あるいはH型)に密結
合されているため、最もコンパクトな構成となってお
り、装置が複雑化(大型化)しない。
Further, since the above-mentioned auxiliary switching means, capacitors and inductors are tightly coupled to a T-type (or H-type), they have the most compact configuration, and the apparatus does not become complicated (large).

【0008】[0008]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の一実施例の構成を示す図で
ある。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention.

【0009】本実施例は、主スイッチS1を有するフォ
ワード形スイッチングDC−DCコンバータであり、そ
の特徴は、一次側において、トランスT(巻数比n:
1)に並列に補助スイッチS2およびコンデンサC
直列結合からなる回路が接続され、さらに、その補助ス
イッチS2とコンデンサCの共通接続点にインダクタ
が接続されてT型回路網が形成されていることであ
る。主スイッチS1は、図1の下側に示されるように、
半導体パワーMOSFETで形成されており、インダク
タLとコンデンサCの直列回路の両端に接続されて
いる。
This embodiment is a forward-type switching DC-DC converter having a main switch S1, which is characterized by a transformer T (turn ratio n:
1) circuit comprising a series combination of the auxiliary switch S2 and capacitor C S in parallel is connected to a further, common to the connection point inductor L C is connected T-type network of the auxiliary switch S2 and the capacitor C S forming That is being done. The main switch S1, as shown in the lower part of FIG.
It is formed in a semiconductor power MOSFET, and is connected across the series circuit of an inductor L C and a capacitor C S.

【0010】次に、本実施例の動作の特徴を図2(図1
の実施例の主要部の波形図)を参照しつつ説明する。図
1および図2において、主スイッチS1の零電圧ターン
オン(電流経路に並列に付加されているダイオードD
S1をS1のオン状態への移行直前にオンさせて、スイ
ッチングを行うこと)は、トランスTの励磁電流iLM
(図2中の電流(イ)),インダクタLの励磁電流i
LC(図2中の電流(ウ))を利用して行われる。すな
わち、主スイッチS1が閉じられる直前には、トランス
の1次側に流れる負荷電流iOL(図2中の電流
(ア))より、(イ)+(ウ)の電流量が大きければ、
その差分の電流によってダイオードDS1が瞬時的にオ
ンする。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
The waveform will be described with reference to FIG. 1 and 2, a zero voltage turn-on of a main switch S1 (a diode D added in parallel to a current path)
The switching is performed by turning on S1 just before the transition of S1 to the ON state) is performed by exciting current i LM of transformer T.
(Current (a) in FIG. 2), exciting current i of inductor L C
This is performed using LC (current (c) in FIG. 2). That is, immediately before the main switch S1 is closed, if the current amount of (a) + (c) is larger than the load current i OL (current (a) in FIG. 2) flowing on the primary side of the transformer,
The diode DS1 is turned on instantaneously by the difference current.

【0011】主スイッチS1を流れる電流iS1におい
て、零電圧ターンオンの条件{(イ)+(ウ)−(ア)
<0}は、次の式(1)で表される。 (I/n)−{(D・VIN)/(2L)}−{(D・VIN)/(2 L)}<0・・・・・・(1) ここで、Iは2次側トランスに流れる負荷電流,Dは
主スイッチの時比率,VINは入力電圧,nはトランス
の巻数比,Lはトランスの励磁用インダクタンス,L
は転流用インダクタLのインダクタンス,fはス
イッチング周波数である。 (1)式を負荷電流Iについて解くと、 I<{(D・VIN)/(2nf)}・{(1/L)+(1/L)} ・・・(2) となり、L,Lを小さくすることにより、負荷電流
を大きくとることができる。すなわち、零電圧タ−
ンオンに必要な負荷電流Iの上限値を引き上げること
ができ、これにより、零電圧タ−ンオン特性が改善され
る。また、L(インダクタのインダクタンス)を調節
することにより、トランスの励磁用インダクタンスL
の値の調節が不要となる。すなわち、トランスTの励磁
電流を増大させる必要がなくなる。
In the current i S1 flowing through the main switch S1, the condition of zero voltage turn-on {(a) + (c)-(a)
<0} is represented by the following equation (1). (I 0 / n) − {(D · V IN ) / (2L M f S )} − {(D · V IN ) / (2 L C f S )} <0 (1) here, I 0 is the load current flowing through the secondary transformer, D is the ratio when the main switch, V iN is the input voltage, n represents the turns ratio of the transformer, L M is transformer magnetizing inductance, L
C is a rolling inductance of diverting the inductor L C, f S is the switching frequency. (1) is solved for the load current I 0 the formula, I 0 <{(D · V IN) / (2nf S)} · {(1 / L M) + (1 / L C)} ··· (2 ) and, L M, by decreasing the L C, it is possible to increase the load current I 0. That is, the zero voltage tar
Can increase the upper limit value of the load current I 0 required N'on, thereby, a zero voltage motor - N'on characteristics are improved. Further, by adjusting L C (inductance of the inductor), the exciting inductance L M of the transformer is obtained.
It is not necessary to adjust the value of. That is, it is not necessary to increase the exciting current of the transformer T.

【0012】本発明は、種々のコンバータに適用でき
る。例えば、図3のような場合でも、同様の効果が得ら
れる。また、図4のように、誘導性負荷Lに非線形の
可飽和インダクタを用いて同様の効果を得ることもでき
る。さらに、図5(a),(b)のように、トランスの
2次側に本発明のT型回路網を付加しても、同様の効果
が得られる。
The present invention can be applied to various converters. For example, the same effect can be obtained in the case as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 4, it is also possible to obtain the same effect by using a non-linear saturable inductor in the inductive load L C. Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, the same effect can be obtained by adding the T-type network of the present invention to the secondary side of the transformer.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、零
電圧ターンオンの適用範囲の拡大を、トランスの励磁電
流を増大することなく、かつ、装置の複雑化を招くこと
なく達成することができる。
As described above, according to the present invention, the applicable range of zero-voltage turn-on can be expanded without increasing the exciting current of the transformer and without complicating the device. it can.

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

【図1】本発明の一実施例の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例の動作を説明するための、主要部
の波形図である。
FIG. 2 is a waveform chart of a main part for explaining the operation of the embodiment of FIG. 1;

【図3】本発明の他の実施例の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the present invention.

【図5】(a),(b)はそれぞれ、本発明の他の実施
例の構成を示す図である。
FIGS. 5A and 5B are diagrams each showing a configuration of another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

S1 主スイッチ素子 S2 補助スイッチ素子 C コンデンサ L インダクタS1 Main switch element S2 Auxiliary switch element C S capacitor L C inductor

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】主スイッチング手段によりトランスの一次
側巻線をオン/オフ駆動し、2次側回路にパルス幅変調
された電圧を発生させるスイッチング電源装置におい
て、 前記トランスと並列に、補助スイッチング手段とコンデ
ンサとを直列接続した回路が接続され、前記補助スイッ
チング手段は、前記主スイッチング手段に対して相補的
に駆動されるようになっており、 さらに、前記補助スイッチング手段とコンデンサの共通
接続点にインダクタが接続されていることを特徴とする
スイッチング電源装置。
1. A switching power supply for driving a primary winding of a transformer on / off by a main switching means and generating a pulse width modulated voltage in a secondary circuit, wherein an auxiliary switching means is provided in parallel with the transformer. And a circuit in which a capacitor and a capacitor are connected in series, the auxiliary switching means is configured to be driven complementarily to the main switching means, and further, at a common connection point between the auxiliary switching means and the capacitor. A switching power supply device to which an inductor is connected.
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AT412920B (en) * 2003-01-07 2005-08-25 Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss CIRCUITS TO REFORM ALTERNATING, MIXING OR MIXING VOLTAGES IN ALTERNATING, MIXING OR MIXING VOLTAGES (AC / AC CONVERTER)
US6987675B2 (en) * 2003-05-23 2006-01-17 Delta Electronics, Inc. Soft-switched power converters

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