JP3277551B2 - Power circuit - Google Patents

Power circuit

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JP3277551B2
JP3277551B2 JP13431392A JP13431392A JP3277551B2 JP 3277551 B2 JP3277551 B2 JP 3277551B2 JP 13431392 A JP13431392 A JP 13431392A JP 13431392 A JP13431392 A JP 13431392A JP 3277551 B2 JP3277551 B2 JP 3277551B2
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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】この発明は、共振型スイッチング
インバータ形式の電源回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resonance type switching inverter type power supply circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の直流電源回路構成は、大型の電源
トランスを用い、その一次巻線に商用AC電源を接続
し、二次側出力を整流平滑するものが一般的であった。
これとは別にスイッチング電源と称される小型軽量の電
源があった。これには、トランジスタ,サイリスタ等の
スイッチング素子を用いたハーフブリッジ,フルブリッ
ジ,プッシュプル形式等のスイッチングインバータ電源
があった。しかし、従来のスイッチングインバータ形式
の電源は、動作電流,動作電圧共に方形波となるため、
スイッチングノイズが多かった。また基本的に高周波動
作となるために、整流ダイオードの回復時間やスイッチ
ングトランジスタのターンオフ時間での電力損失が大き
く、発熱が問題になっていた。近年、この様なスイッチ
ング電源において、共振を利用して電流または電圧波形
を正弦波に近付けることで、ノイズの低減と効率向上を
図ることが提案されている(例えば、特開昭64−43
062号公報、特開平1−91659号公報等)。
2. Description of the Related Art A conventional DC power supply circuit configuration generally uses a large-sized power supply transformer, connects a commercial AC power supply to a primary winding thereof, and rectifies and smoothes a secondary-side output.
Apart from this, there was a small and lightweight power supply called a switching power supply. These include half-bridge, full-bridge, and push-pull type switching inverter power supplies using switching elements such as transistors and thyristors. However, the conventional switching inverter type power supply has a square wave for both operating current and operating voltage,
There was much switching noise. In addition, since high-frequency operation is basically performed, power loss during the recovery time of the rectifier diode and the turn-off time of the switching transistor is large, and heat generation has been a problem. In recent years, in such a switching power supply, it has been proposed to reduce the noise and improve the efficiency by making the current or voltage waveform close to a sine wave using resonance (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-43).
062, JP-A-1-91659).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来提案され
ている共振型スイッチング電源は、スイッチング素子の
オン,オフのタイミング設定が難しく、この設定が不十
分であると効率向上が図れない。また共振型といって
も、実際には電流または電圧波形の一方を共振によって
正弦波に近付けるものがほとんどであり、これらのスイ
ッチング回路から生じるノイズは電圧によるものと電流
によるものの双方があることを考慮すると、ノイズ低減
にも限界があった。この発明は上記の点に鑑みなされた
もので、極めて高効率かつ低ノイズで、自励式とした共
振型スイッチングインバータ形式の電源回路を提供する
ことを目的とする。
However, in the resonance type switching power supply proposed so far, it is difficult to set ON / OFF timing of the switching element, and if this setting is insufficient, the efficiency cannot be improved. In addition, even if it is called a resonance type, most of the current or voltage waveform actually approximates a sine wave by resonance, and the noise generated by these switching circuits is caused by both voltage and current. Considering this, there was a limit to noise reduction. The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a self-excited resonant switching inverter type power supply circuit with extremely high efficiency and low noise.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】この発明に係る電源回路
は、DC−DCコンバータと、このDC−DCコンバー
タの出力端子に接続されたスイッチングインバータとを
備えた電源回路において、前記DC−DCコンバータ
は、入力端子と出力端子の間に第1のインダクタンス素
子を介して接続されたコンデンサとダイオードの直列回
路と、この直列回路に並列接続されてオンオフ制御が行
われる第1のスイッチングトランジスタと、前記コンデ
ンサとダイオードの接続ノードと基準端子の間に挿入さ
れた第2のインダタンス素子とを備えて構成され、前記
スイッチングインバータは、前記DC−DCコンバータ
の出力端子に出力トランスの一次巻線を介して接続され
た第2のスイッチングトランジスタと、この第2のスイ
ッチングトランジスタのオン時の主電流を共振させる電
流共振回路と、前記第2のスイッチングトランジスタの
オフ時の両端電圧を共振させる電圧共振回路と、前記第
2のスイッチングトランジスタをその主電流がゼロの状
態でオフ駆動し、両端電圧がゼロの状態でオン駆動する
ための時定数回路を有するタイミング制御手段を備えて
構成され、更に、前記DC−DCコンバータに与えられ
る入力直流電圧が所定レベルになったことを検出して前
記第1のスイッチングトランジスタをオン駆動すること
により前記DC−DCコンバータを起動し、前記DC−
DCコンバータの出力電圧が所定レベルになったことを
検出して機能停止する起動回路を備え、前記起動回路の
機能停止後に前記出力トランスの一次巻線タップの出力
に基づいて前記第1のスイッチングトランジスタがオン
オフ制御されることを特徴とする。
A power supply circuit according to the present invention comprises a DC-DC converter and a DC-DC converter.
Switching inverter connected to the output terminal of the
In the power supply circuit provided, the DC-DC converter
Is a first inductance element between the input terminal and the output terminal.
Series connection of a capacitor and a diode connected through a
And on / off control is performed in parallel with this series circuit.
A first switching transistor,
Inserted between the connection node between the
A second inductance element,
The switching inverter is the DC-DC converter
Connected to the output terminal of the output transformer via the primary winding.
A second switching transistor, and the second switch
Voltage that resonates the main current when the switching transistor is on.
Current resonance circuit and the second switching transistor.
A voltage resonance circuit that resonates the voltage between both ends when the power is off;
2 switching transistors with zero main current
Drive in off state and turn on in zero voltage state
Control means having a time constant circuit for
And further provided to the DC-DC converter.
Detected that the input DC voltage
Driving the first switching transistor on;
Activates the DC-DC converter by the
Check that the output voltage of the DC converter has reached a predetermined level.
A starter circuit for detecting and stopping the function;
The output of the primary winding tap of the output transformer after the function stops
The first switching transistor is turned on based on
It is characterized by being controlled off .

【0005】[0005]

【作用】この発明によると、前段のスイッチングレギュ
レータは入力電圧が与えられると起動手段によって起動
され、スイッチングレギュレータの出力によって後段の
スイッチングインバータ回路が起動されると、これを受
けてパルス幅変調手段が動作開始してスイッチングレギ
ュレータの起動手段は自動的に機能停止する。その後は
スイッチングインバータ回路はタイミング制御手段によ
り一定周波数で電流共振,電圧共振動作をし、これと同
期してスイッチングレギュレータはパルス幅変調された
動作をすることで、同期型の自励式スイッチング電源と
なる。また後段のスイッチングインバータ回路では、電
流共振と電圧共振を利用しており、電流波形,電圧波形
共に正弦波状になり、スイッチング素子は電流零の状態
でオフ駆動され、両端電圧が零の状態でオン駆動され
る。これにより、スイッチング素子での損失が極めて小
さいものとなり、極めて高い効率が得られる。また、ス
イッチングノイズが大きく低減され、高調波等の不要輻
射等が極めて小さいものとなる。したがってこの発明に
よれば、極めて高効率で低ノイズの自励式の共振型スイ
ッチング電源が得られる。
According to the present invention, the first-stage switching regulator is activated by the activation means when an input voltage is applied, and when the second-stage switching inverter circuit is activated by the output of the switching regulator, the pulse width modulation means receives the activation. When the operation is started, the activation means of the switching regulator automatically stops functioning. After that, the switching inverter circuit performs current resonance and voltage resonance operation at a constant frequency by the timing control means, and in synchronization with this, the switching regulator operates in a pulse width modulated manner to become a synchronous self-excited switching power supply. . The switching inverter circuit at the subsequent stage utilizes current resonance and voltage resonance, and both the current waveform and the voltage waveform are sinusoidal. The switching element is driven off when the current is zero, and is turned on when the voltage at both ends is zero. Driven. Thereby, the loss in the switching element becomes extremely small, and extremely high efficiency is obtained. In addition, switching noise is greatly reduced, and unnecessary radiation such as harmonics is extremely small. Therefore, according to the present invention, a self-excited resonance-type switching power supply with extremely high efficiency and low noise can be obtained.

【0006】[0006]

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
を説明する。図1は、この発明の一実施例に係るスイッ
チング電源回路の概略構成である。図示のようにこの電
源回路は、前段に第1のスイッチング素子S1 を含むス
イッチングレギュレータ11があり、後段にこのレギュ
レータ11の出力を交流に変換する共振型スイッチング
インバータ回路と、その出力を整流平滑して取り出す出
力回路15が設けられている。スイッチングインバータ
回路は、第2のスイッチング素子S2 を含むスイッチン
グ手段12、インダクタンス素子Lp とコンデンサCp
からなる電圧共振回路13、インダクタンスLs とコン
デンサCs からなる電流共振回路14、スイッチング手
段12の第2のスイッチング素子S2 のオン,オフ制御
を行うタイミング制御手段18を有する電流電圧共振型
である。前段のスイッチングレギュレータ11には、入
力電圧が与えられたときにこれを自動的に起動し、後段
のスイッチングインバータ回路が動作開始すると自動的
に機能停止する開始する起動回路16が設けられてい
る。そしてスイッチングレギュレータ11は、後段のス
イッチングインバータ回路が動作開始すると、その後は
パルス幅変調回路17により制御されて、スイッチング
インバータ回路の動作に同期して第1のスイッチング素
子S1 のオン,オフ制御がなされるようになっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration of a switching power supply circuit according to one embodiment of the present invention. As shown in the figure, the power supply circuit includes a switching regulator 11 including a first switching element S1 at a preceding stage, a resonance type switching inverter circuit for converting an output of the regulator 11 into an AC at a subsequent stage, and rectifying and smoothing the output. An output circuit 15 is provided. The switching inverter circuit includes a switching means 12 including a second switching element S2, an inductance element Lp and a capacitor Cp.
The current-voltage resonance type includes a voltage resonance circuit 13 comprising a current resonance circuit 14 comprising an inductance Ls and a capacitor Cs, and a timing control means 18 for controlling ON / OFF of the second switching element S2 of the switching means 12. The switching regulator 11 of the preceding stage is provided with a starting circuit 16 which starts automatically when an input voltage is applied and automatically stops functioning when the switching inverter circuit of the subsequent stage starts operating. When the subsequent switching inverter circuit starts operating, the switching regulator 11 is thereafter controlled by the pulse width modulation circuit 17 to turn on and off the first switching element S1 in synchronization with the operation of the switching inverter circuit. It has become so.

【0007】図2は、図1を具体化した実施例の電源回
路構成である。スイッチングレギュレータとしてこの実
施例では、電流連続モードDC−DCコンバータ21を
用いている。このDC−DCコンバータ21は、第1の
スイッチング素子としてのNPNトランジスタQ1 とダ
イオードD1 の直列回路に対して並列にコンデンサC1
が接続された基本回路を有する。その入力端子N1 には
第1のインダクタンス素子L1 が挿入され、またダイオ
ードD1 とコンデンサC1 の接続ノードと基準端子N2
との間に第2のインダクタンス素子L2 が挿入されてい
る。この実施例では、第1,第2のインダクタンス素子
L1 ,L2 は一つのコアに巻かれて、一体化されてい
る。第1の起動回路22は、コンバータ21に入力直流
電圧(例えば商用AC電源を整流回路で整流して得られ
るもの)が供給された時にそのスイッチング素子である
トランジスタQ1 を起動するための回路である。第1の
起動回路22は、コレクタが入力端子N1 に接続され、
エミッタがダイオードD2 を介してコンバータ21のト
ランジスタQ1 のベースに接続されたNPNトランジス
タQ2 と、これにバイアスを与えるツェナーダイオード
ZD1 および抵抗R1 により構成されている。
FIG. 2 shows the configuration of a power supply circuit according to an embodiment of FIG. In this embodiment, a continuous-current mode DC-DC converter 21 is used as a switching regulator. This DC-DC converter 21 includes a capacitor C1 in parallel with a series circuit of an NPN transistor Q1 as a first switching element and a diode D1.
Has a connected basic circuit. A first inductance element L1 is inserted into the input terminal N1, and a connection node between the diode D1 and the capacitor C1 is connected to the reference terminal N2.
And a second inductance element L2 is inserted between the first and second elements. In this embodiment, the first and second inductance elements L1 and L2 are wound around one core and integrated. The first activation circuit 22 is a circuit for activating the transistor Q1 as a switching element when an input DC voltage (for example, obtained by rectifying a commercial AC power supply by a rectifier circuit) is supplied to the converter 21. . The first starting circuit 22 has a collector connected to the input terminal N1,
An NPN transistor Q2 whose emitter is connected to the base of the transistor Q1 of the converter 21 via a diode D2, a Zener diode ZD1 for biasing the NPN transistor Q2, and a resistor R1.

【0008】DC−DCコンバータ21の出力端子N3
には、その出力電圧を入力とする電流電圧共振型スイッ
チングインバータ回路24が接続されている。このスイ
ッチングインバータ回路24は、第2のスイッチング素
子としてのNPNトランジスタQ6、このトランジスタ
Q6のベースと端子N3の間に接続された抵抗R8から
なる第2の起動回路26、トランジスタQ6のオン,オ
フのタイミングを制御するインダクタンス素子L3とコ
ンデンサC7からなるタイミング制御回路27等を有す
る。また、端子N3と基準端子N2間に設けられたコン
デンサC4と出力トランスTの漏れインダクタンスが、
インバータの出力電流に対して直列の入る電流共振回路
(直列共振回路)を構成し、トランジスタQ6のコレク
タ・エミッタ間に接続されたコンデンサC5とトランス
Tの一次巻線タップP1の自己インダクタンスがインバ
ータの出力電圧に対して並列に入る電圧共振回路(並列
共振回路)を構成している。すなわちトランスTは、等
価的に図3に示すように、理想トランスと漏れインダク
タンス及び自己インダクタンスにより表され、この漏れ
インダクタンスと自己インダクタンスがそれぞれ、電流
共振回路,電圧共振回路に利用されている。トランジス
タQ6のベース・エミッタ間に設けられたコンデンサC
6,ダイオードD7はそれぞれ、タイミング調整用,過
電圧保護用である。出力トランスTの一次巻線には追加
タップP4が設けられて、これと基準端子N2との間に
クランプ用ダイオードD6が接続されている。
The output terminal N3 of the DC-DC converter 21
Is connected to a current-voltage resonance type switching inverter circuit 24 having the output voltage as an input. The switching inverter circuit 24 includes an NPN transistor Q6 as a second switching element, a second starting circuit 26 including a resistor R8 connected between the base of the transistor Q6 and a terminal N3, and turning on and off the transistor Q6. A timing control circuit 27 including an inductance element L3 for controlling timing and a capacitor C7 is provided. Further, the leakage inductance of the capacitor C4 provided between the terminal N3 and the reference terminal N2 and the output transformer T becomes
A self-inductance of the capacitor C5 connected between the collector and the emitter of the transistor Q6 and the primary winding tap P1 of the transformer T constitutes a current resonance circuit (series resonance circuit) that enters in series with the output current of the inverter. A voltage resonance circuit (parallel resonance circuit) that enters in parallel with the output voltage is configured. That is, the transformer T is equivalently represented by an ideal transformer, a leakage inductance and a self-inductance as shown in FIG. 3, and the leakage inductance and the self-inductance are used in a current resonance circuit and a voltage resonance circuit, respectively. Capacitor C provided between base and emitter of transistor Q6
6. The diode D7 is for timing adjustment and for overvoltage protection, respectively. The primary winding of the output transformer T is provided with an additional tap P4, and a clamping diode D6 is connected between the additional tap P4 and the reference terminal N2.

【0009】DC−DCコンバータ21の出力端子N3
にはまた、そのスイッチング素子であるNPNトランジ
スタQ1のオン,オフの時間制御を行うパルス幅変調
(PWM)回路23が設けられている。PWM回路23
は、NPNトランジスタQ3,Q4、抵抗R2,R3,
R4、ダイオードD4等からなる駆動回路部を基本とす
る。この駆動回路部は、トランスTのタップP3部分か
ら取り出された交流電圧をダイオードD5で整流し、コ
ンデンサC2で平滑した端子N4の直流電圧と、同じく
一次巻線タップP3から取り出された電圧を抵抗R7と
コンデンサC3からなる積分回路で積分して得られる、
端子N5の三角波電圧により制御されるようになってい
る。端子N4の電圧は、抵抗R2およびダイオードD3
を介してコンバータ21のスイッチング・トランジスタ
Q1のコレクタに供給され、抵抗R2およびダイオード
D4を介してスイッチング・トランジスタQ1のベース
に供給されるが、これらのダイオードD3,D4はコン
バータ21のスイッチング・トランジスタQ1を常に非
飽和の領域で動作させるために設けられている。PWM
回路23はまた、その駆動回路部のトランジスタQ4を
端子N3の電圧に応じて制御するため、NPNトランジ
スタQ5、ツェナーダイオードZD2、抵抗R5,R6
からなる制御回路部が設けられている。
The output terminal N3 of the DC-DC converter 21
Is provided with a pulse width modulation (PWM) circuit 23 for controlling the ON / OFF time of the NPN transistor Q1 as a switching element. PWM circuit 23
Are NPN transistors Q3, Q4, resistors R2, R3,
It is basically based on a drive circuit section composed of R4, diode D4 and the like. This drive circuit section rectifies the AC voltage taken out from the tap P3 portion of the transformer T by the diode D5, smoothes it by the capacitor C2 , and also takes out the DC voltage of the terminal N4 from the primary winding tap P3. Obtained by integrating the obtained voltage with an integrating circuit including a resistor R7 and a capacitor C3.
It is controlled by the triangular wave voltage at the terminal N5. The voltage at the terminal N4 is determined by the resistance R2 and the diode D3.
To the collector of the switching transistor Q1 of the converter 21 and to the base of the switching transistor Q1 via the resistor R2 and the diode D4. These diodes D3 and D4 are connected to the switching transistor Q1 of the converter 21. Is always provided in the unsaturated region. PWM
The circuit 23 also controls an NPN transistor Q5, a Zener diode ZD2, and resistors R5 and R6 to control the transistor Q4 of the drive circuit section according to the voltage of the terminal N3.
Is provided.

【0010】スイッチングインバータ回路24の出力
は、出力トランスTを介して出力回路25に結合されて
いる。出力トランスTはこの実施例の場合、一次巻線の
巻数n1 と二次巻線の巻数n2 とが、n1 >n2 であ
る。すなわち一次側が高電圧,小電流、二次側が低電
圧,大電流となっている。出力回路25はこの実施例で
は、整流ダイオードD8 、平滑用コンデンサCOUT の
他、その出力電圧が過大になったことをチェックして帰
還制御するためのツェナーダイオードZD3 とフォトカ
プラPHを有する。フォトカプラPHの発光部は二つの
出力端子間にツェナーダイオードZD3 と直列接続さ
れ、受光トランジスタ部はPWM回路23のトランジス
タQ5 のエミッタと基準端子N2 間に、ツェナーダイオ
ードZD2 を短絡するように接続されている。これによ
り、二次側の出力電圧がある値以上に大きくなった時
に、これを下げるべくPWM回路23に帰還がかけられ
る。
The output of the switching inverter circuit 24 is coupled to an output circuit 25 via an output transformer T. In this embodiment, in the output transformer T, the number of turns n1 of the primary winding and the number of turns n2 of the secondary winding satisfy n1> n2. That is, the primary side has a high voltage and a small current, and the secondary side has a low voltage and a large current. In this embodiment, the output circuit 25 has a rectifier diode D8, a smoothing capacitor COUT, a zener diode ZD3 for checking that the output voltage has become excessive and performing feedback control, and a photocoupler PH. The light emitting portion of the photocoupler PH is connected in series with a Zener diode ZD3 between two output terminals, and the light receiving transistor portion is connected between the emitter of the transistor Q5 of the PWM circuit 23 and the reference terminal N2 so as to short-circuit the Zener diode ZD2. ing. Thus, when the output voltage on the secondary side becomes higher than a certain value, feedback is applied to the PWM circuit 23 to reduce the output voltage.

【0011】スイッチングインバータ回路24の入力端
子間に電流共振用コンデンサC4 が直接的に露見してい
る。入力側に如何なる回路が接続された場合でもこの電
流共振用コンデンサC4 に対して他の回路が干渉しない
ようにするためのアイソレート手段が必要である。この
実施例では、前段のDC−DCコンバータ21を構成す
る第1のインダクタンス素子L1 がこのスイッチングイ
ンバータ回路24の電流共振手段への干渉防止用インダ
クタンス素子を兼ねている。つまりこのインダクタンス
素子は、電流共振用コンデンサC4 で決まる共振周波数
の領域では十分大きなインピーダンスとなって、電流共
振用コンデンサC4 が前段の他のインピーダンス成分と
実質的に結合することを防止する。このインダクタンス
素子の兼用は、この実施例のスイッチングインバータ回
路24の共振回路がトランスTの一次側に設けられてい
ること、およびリップル除去という目的で設けられたD
C−DCコンバータ21のインダクタンス素子L1 の値
がスイッチングインバータ24の共振周波数において同
共振手段から他を分離できる程度の大きさのインピーダ
ンスを呈するのに適当なものであること、により可能と
なっている。
A current resonance capacitor C4 is directly exposed between the input terminals of the switching inverter circuit 24. When any circuit is connected to the input side, an isolating means is required to prevent other circuits from interfering with the current resonance capacitor C4. In this embodiment, the first inductance element L1 of the DC-DC converter 21 at the preceding stage also serves as an inductance element for preventing interference with the current resonance means of the switching inverter circuit 24. In other words, this inductance element has a sufficiently large impedance in the region of the resonance frequency determined by the current resonance capacitor C4, and prevents the current resonance capacitor C4 from being substantially coupled with other impedance components in the preceding stage. This inductance element is also used because the resonance circuit of the switching inverter circuit 24 of this embodiment is provided on the primary side of the transformer T and D is provided for the purpose of removing ripples.
This is made possible by the fact that the value of the inductance element L1 of the C-DC converter 21 is appropriate at the resonance frequency of the switching inverter 24 to present an impedance large enough to separate the resonance means from the resonance means. .

【0012】次に図2の実施例の電源回路について、そ
の概略動作を説明する。端子N1,N2間に入力電圧が
与えられると、まず第1の起動回路22が働いて、DC
−DCコンバータ21が起動される。すなわち入力電圧
が与えられると、抵抗R1,ツェナーダイオードZD1
により決まるバイアスで第1の起動回路22のトランジ
スタQ2がオンし、ダイオードD2で決定される電圧が
コンバータ21のトランジスタQ1のベースに与えられ
る。これにより、コンバータ21の出力端子N3が電位
上昇する。この出力端子N3の電圧がある値になると、
第2の起動回路26、すなわちスイッチングインバータ
回路内の抵抗R8により、トランジスタQ6にベースバ
イアスが与えられて、トランスのタップP3により発振
が開始される。発振周波数はタイミング制御回路27を
構成するインダクタンス素子L3とコンデンサC7の時
定数により決定される。またこの時、電圧共振および電
流共振が成立するように、トランスTのインダクタンス
とコンデンサC4,C5の値が最適設定されている。こ
の電圧電流共振を利用したスイッチングインバータ回路
24の詳細な動作は後に説明する。
Next, the schematic operation of the power supply circuit of the embodiment shown in FIG. 2 will be described. When an input voltage is applied between the terminals N1 and N2, first, the first starting circuit 22 operates, and DC
-The DC converter 21 is started. That is, when an input voltage is applied, the resistance R1, the Zener diode ZD1
The transistor Q2 of the first starting circuit 22 is turned on with a bias determined by the following equation, and the voltage determined by the diode D2 is applied to the base of the transistor Q1 of the converter 21. As a result, the potential of the output terminal N3 of the converter 21 increases. When the voltage of the output terminal N3 reaches a certain value,
The base bias is applied to the transistor Q6 by the second starting circuit 26, that is, the resistor R8 in the switching inverter circuit, and the oscillation is started by the tap P3 of the transformer. The oscillation frequency is determined by the time constant of the inductance element L3 and the capacitor C7 that constitute the timing control circuit 27. At this time, the inductance of the transformer T and the values of the capacitors C4 and C5 are optimally set so that the voltage resonance and the current resonance are established. The detailed operation of the switching inverter circuit 24 utilizing this voltage-current resonance will be described later.

【0013】トランジスタQ6 のオン,オフ動作が始ま
ると、トランスのタップP3 に得られる電圧が、ダイオ
ードD5 で整流され、コンデンサC2 で平滑される。す
なわち端子N4 の電圧がPWM回路23の電源電圧とし
て与えられる。またタップP3 の電圧は、抵抗R7 とコ
ンデンサC3 からなる積分回路により三角波に変換さ
れ、その端子N5 の電圧がトランジスタQ4 のベースに
与えられる。トランジスタQ4 のベースには、端子N4
から抵抗R4 を介してベースバイアスが与えられ、トラ
ンジスタQ5 がオフしている時はトランジスタQ4 が常
時オンになるように、抵抗R4 ,R7 の値が設定されて
いる。そしてトランジスタQ4 がオンすると、トランジ
スタQ3 がオフになり、コンバータ21のトランジスタ
Q1 がオンするようになっている。コンバータ21の出
力端子N3 が規定電圧に達すると、抵抗R5 ,R6 、ツ
ェナーダイオードZD2 によりトランジスタQ5 がオン
し、これはトランジスタQ4 のベース電位を引き下げる
方向に働く。したがって端子N5 とN3 との間の電位関
係で、コンバータ21のトランジスタQ1 のオン期間を
制御するPWM変調が行われ、端子N3 の電位安定化が
図られる。
When the on / off operation of the transistor Q6 starts, the voltage obtained at the tap P3 of the transformer is rectified by the diode D5 and smoothed by the capacitor C2. That is, the voltage of the terminal N4 is supplied as the power supply voltage of the PWM circuit 23. The voltage at the tap P3 is converted into a triangular wave by an integrating circuit comprising a resistor R7 and a capacitor C3, and the voltage at the terminal N5 is applied to the base of the transistor Q4. The base of the transistor Q4 has a terminal N4
, A base bias is applied via a resistor R4, and the values of the resistors R4 and R7 are set so that the transistor Q4 is always on when the transistor Q5 is off. When the transistor Q4 turns on, the transistor Q3 turns off and the transistor Q1 of the converter 21 turns on. When the output terminal N3 of the converter 21 reaches the specified voltage, the transistor Q5 is turned on by the resistors R5 and R6 and the Zener diode ZD2, and this works in the direction of lowering the base potential of the transistor Q4. Therefore, PWM modulation for controlling the ON period of the transistor Q1 of the converter 21 is performed based on the potential relationship between the terminals N5 and N3, and the potential of the terminal N3 is stabilized.

【0014】PWM動作に入ってコンバータ21の出力
端子N3 の電圧が安定化された後は、第1の起動回路2
2は機能すべきではないので、自動的にその機能を停止
する。すなわち実施例の場合、トランジスタQ2 のベー
スバイアスを決定するツェナーダイオードZD1 の定電
圧VD が、コンバータ21の出力端子N3 の安定化電圧
より低くなるように選ばれており、これにより安定動作
に入ると第1の起動回路22が回路動作に関与しなくな
る。
After the PWM operation is started and the voltage of the output terminal N3 of the converter 21 is stabilized, the first starting circuit 2
2 automatically stops its function because it should not function. That is, in the case of the embodiment, the constant voltage VD of the Zener diode ZD1 that determines the base bias of the transistor Q2 is selected so as to be lower than the stabilizing voltage of the output terminal N3 of the converter 21. The first starting circuit 22 does not participate in the circuit operation.

【0015】スイッチングインバータ回路24の出力
は、トランスTにより出力回路25に結合され、整流,
平滑されて出力される。この二次側出力電圧がある値以
上になると、ツェナーダイオードZD3 がオンしてフォ
トカプラPHが働き、PWM回路23にフィードバック
がかけられる。すなわちフォトカプラの受光トランジス
タが、PWM回路のトランジスタQ5 のエミッタに挿入
されたツェナーダイオードZD2 に並列に入っており、
これがオンするとトランジスタQ5 が順バイアスされ
る。トランジスタQ5 がオンすると、トランジスタQ4
はベース電位が引き下げられてオフし、トランジスタQ
3 がオンになって、コンバータ21のトランジスタQ1
がオフ駆動される。このようなフィードバックによるP
WM制御によって、コンバータ21の出力端子N3 の電
圧が下方修正されることになる。なおこの時、ツェナー
ダイオードZD2 の定電圧は、最終的に動作している端
子N3 の電圧より低い値に選ばれる。
The output of the switching inverter circuit 24 is coupled to an output circuit 25 by a transformer T,
The output is smoothed. When the output voltage on the secondary side exceeds a certain value, the zener diode ZD3 is turned on, the photocoupler PH operates, and feedback is applied to the PWM circuit 23. That is, the light receiving transistor of the photocoupler is in parallel with the Zener diode ZD2 inserted in the emitter of the transistor Q5 of the PWM circuit,
When this turns on, the transistor Q5 is forward biased. When transistor Q5 turns on, transistor Q4
Is turned off because the base potential is lowered, and the transistor Q
3 is turned on, and the transistor Q1 of the converter 21 is turned on.
Is driven off. P due to such feedback
By the WM control, the voltage of the output terminal N3 of the converter 21 is corrected downward. At this time, the constant voltage of the Zener diode ZD2 is selected to be lower than the voltage of the terminal N3 that is finally operating.

【0016】次に、図2の実施例の各部の構成と動作を
詳しく説明する。図2の実施例で用いられている電流連
続モードのコンバータ21は、これを4端子回路で分か
りやすく示せば、図4(a) のように表される。すなわち
コンバータ回路本体の入力端子に直列に第1のインダク
タンス素子L1 が挿入され、また基準端子との間に第2
のインダクタンス素子L2 が挿入されたものである。そ
のコンバータ回路本体の部分を具体的に示したのが、図
4(b) 〜(d) である。図4(b) は、コンデンサC1 とダ
イオードD1 の直列回路にスイッチング素子S1 が並列
接続されたものであり、これが図2の実施例に示したも
のである。図4(c) は、スイッチング素子S1 とコンデ
ンサC1 の直列回路にダイオードD1 を並列接続したも
の、図4(d) は、スイッチング素子S1 とダイオードD
1 の直列回路にコンデンサC1 を並列接続したものであ
り、これらも回路機能的には図4(b) と等価であり、図
2の実施例の回路をこれらで置換することができる。図
5(a) 〜(d) は、図4(a) 〜(d) の第1のインダクタン
ス素子L1 を出力端子側に持ってきたものである。これ
らも回路機能的には図4のものと等価であり、図2の実
施例の回路をこれらで置換することができる。
Next, the configuration and operation of each part of the embodiment of FIG. 2 will be described in detail. The converter 21 in the continuous current mode used in the embodiment of FIG. 2 can be represented as shown in FIG. That is, the first inductance element L1 is inserted in series with the input terminal of the converter circuit body, and the second inductance element L1 is inserted between the input terminal and the reference terminal.
Is inserted. FIGS. 4B to 4D specifically show the converter circuit body. FIG. 4B shows a switching circuit S1 connected in parallel to a series circuit of a capacitor C1 and a diode D1, which is shown in the embodiment of FIG. FIG. 4 (c) is a circuit in which a diode D1 is connected in parallel to a series circuit of a switching element S1 and a capacitor C1, and FIG.
1 and a capacitor C1 connected in parallel with each other. These are also equivalent in circuit function to FIG. 4B, and can replace the circuit of the embodiment of FIG. FIGS. 5A to 5D show the first inductance element L1 of FIGS. 4A to 4D brought to the output terminal side. These are also equivalent in circuit function to those in FIG. 4, and the circuit of the embodiment in FIG. 2 can be replaced with them.

【0017】この様な電流連続モードのDC−DCコン
バータの動作を、図2の実施例の回路、すなわち図4
(b) の回路構成を例にとって、図6を参照しながら次に
説明する。図6は、図4(b) の回路各部の電圧,電流波
形である。コンデンサC1 のインピーダンスはスイッチ
ング周波数において十分小さいものとする。この条件の
下で、スイッチング素子S1 をオン,オフ制御すると、
スイッチング素子S1 がオンのときはスイッチング素子
S1 を通して、またスイッチング素子S1 がオフのとき
はダイオードD1 を通して、出力電流IOUT が交互に得
られる。この時ダイオードD1 に流れる電流は、第2の
インダクタンス素子L2 とコンデンサC1 から供給され
るが、直流的には第2のインダクタンス素子L2 からし
か供給されないので、出力電流IOUT の値は第2のイン
ダクタンス素子L2 の電流IL2 となる。
The operation of the DC-DC converter in such a continuous current mode is described with reference to the circuit of the embodiment shown in FIG.
Next, the circuit configuration of FIG. 6B will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the voltage and current waveforms of each part of the circuit of FIG. 4 (b). It is assumed that the impedance of the capacitor C1 is sufficiently small at the switching frequency. Under these conditions, when the switching element S1 is turned on and off,
The output current IOUT is obtained alternately through the switching element S1 when the switching element S1 is on and through the diode D1 when the switching element S1 is off. At this time, the current flowing through the diode D1 is supplied from the second inductance element L2 and the capacitor C1, but the DC current is supplied only from the second inductance element L2. This becomes the current IL2 of the element L2.

【0018】スイッチング素子S1 がオンしたとき、第
1のインダクタンス素子L1 に流れる電流IL1(入力電
流IINに等しい)は、出力側に流れるが、この時ダイオ
ードD1 は逆バイアスでオフ状態であり、第2のインダ
クタンス素子L2 に流れる電流IL2も、コンデンサC1
およびスイッチンク素子Sを通って出力側に流れる。し
たがって出力電流IOUT は、 IOUT =IL1+IL2 となる。一方、スイッチング素子S1 がオフになると、
ダイオードD1 がオンして第2のインダクタンス素子L
2 に流れる電流IL2がダイオードD2 を通って出力側に
流れる。この時第1のインダクタンス素子L1 を流れる
電流IL1は、スイッチング素子S1 がオフであるのでコ
ンデンサC1 ,ダイオードD1 を通ってやはり出力側に
流れる。したがってこの時も出力電流はIOUT IOUT =IL1+IL2 となる。
When the switching element S1 is turned on, a current IL1 (equal to the input current IIN) flowing through the first inductance element L1 flows to the output side. At this time, the diode D1 is in the off state due to reverse bias. The current IL2 flowing through the inductance element L2 of the
And the output through the switching element S. Therefore, the output current IOUT is IOUT = IL1 + IL2. On the other hand, when the switching element S1 is turned off,
The diode D1 turns on and the second inductance element L
2 flows to the output side through the diode D2. At this time, the current IL1 flowing through the first inductance element L1 also flows to the output side through the capacitor C1 and the diode D1 because the switching element S1 is off. Therefore, also at this time, the output current becomes IOUT IOUT = IL1 + IL2.

【0019】このようにして、このDC−DCコンバー
タは、出力電流IOUT が連続モードとなる。またコンデ
ンサC1 の電流IC1は交番し、その両端電圧はほぼ入力
電圧VINに等しくなる。またこの回路は、スイッチング
素子S1 ,ダイオードD1 の両端電圧が最大で入力電圧
VINであり、またその電流は出力電流IOUT に等しい。
これは、従来のBUCK型コンバータと同じである。デ
ューティも100%まで使用できるため、BUCK型の
長所を全て備えている。
Thus, in this DC-DC converter, the output current IOUT is in the continuous mode. The current IC1 of the capacitor C1 alternates, and the voltage between both ends is substantially equal to the input voltage VIN. In this circuit, the voltage across the switching element S1 and the diode D1 is the input voltage VIN at the maximum, and the current is equal to the output current IOUT.
This is the same as the conventional BUCK type converter. Since the duty can be used up to 100%, it has all the advantages of the BUCK type.

【0020】一方、図4(b) の回路構成では、第1のイ
ンダクタンス素子L1 と第2のインダクタンス素子L2
の両端電圧は常に等しくなる。その様子を図7に示す。
図7は、一例として、10V,1Aを5V,2Aに変換
する場合を示しているが、第1のインダクタンス素子L
1 と第2のインダクタンス素子L2 の両端電圧V1 ,V
2 は図示のように振動する。したがってこれらのインダ
クタンス素子L1 ,L2 を一つのコアに巻いて一体化す
ることができるのであって、図2ではその場合の構成を
示している。図4(b) の他に、図5(b) の構成を用いた
場合にも、同様の理由で第1,第2のインダクタンス素
子L1 ,L2 をコア共有とすることができる。
On the other hand, in the circuit configuration of FIG. 4B, the first inductance element L1 and the second inductance element L2
Are always equal. This is shown in FIG.
FIG. 7 shows a case where 10 V, 1 A is converted into 5 V, 2 A as an example.
1 and the voltage V1, V across the second inductance element L2.
2 vibrates as shown. Therefore, these inductance elements L1 and L2 can be wound around one core and integrated, and FIG. 2 shows a configuration in that case. 4B, the first and second inductance elements L1 and L2 can be shared by the core for the same reason when the configuration of FIG. 5B is used.

【0021】次に、図2のスイッチングインバータ回路
24の動作を、図8を参照しながら詳しく説明する。前
述のようにコンバータ21が起動されて端子N3 に電圧
が得られると、第2の起動回路26によってスイッチン
グインバータ回路24が動作開始して、得られた出力電
圧を交流に変換する。トランジスタQ6 がオンすると、
これに電流が流れるが、この時コンデンサC4 とトラン
スTの漏れインダクタンスによる直列共振回路が働い
て、図8に示すような正弦波の振動電流となる。そして
トランジスタQ6 の主電流がほぼ零の点で、このトラン
ジスタQ6 がオフ駆動される。トランジスタQ6 がオフ
になると、コンデンサC5 とトランスTのタップP1 の
自己インダクタンスによる並列共振回路が働いて、トラ
ンジスタQ6 の端子電圧は図8に示すように正弦波状に
振動する。そしてトランジスタQ6はその両端電圧がほ
ぼ零の点でオフ駆動される。
Next, the operation of the switching inverter circuit 24 of FIG. 2 will be described in detail with reference to FIG. As described above, when the converter 21 is activated and a voltage is obtained at the terminal N3, the switching inverter circuit 24 starts operating by the second activation circuit 26 and converts the obtained output voltage into an alternating current. When transistor Q6 turns on,
An electric current flows through this, and at this time, a series resonance circuit is operated by the capacitor C4 and the leakage inductance of the transformer T, resulting in a sine wave oscillating current as shown in FIG. When the main current of the transistor Q6 is almost zero, the transistor Q6 is turned off. When the transistor Q6 is turned off, a parallel resonance circuit operates by the self-inductance of the capacitor C5 and the tap P1 of the transformer T, and the terminal voltage of the transistor Q6 oscillates in a sine wave shape as shown in FIG. The transistor Q6 is turned off at a point where the voltage across the transistor Q6 is substantially zero.

【0022】この様にトランジスタQ6 の電流がほぼ零
の点でオフ駆動され、両端電圧がほぼ零の点でオン駆動
されるように、直列共振回路(電流共振回路)と並列共
振回路(電圧共振回路)、およびタイミング制御回路2
7のそれぞれの時定数が設定されている。この結果この
スイッチングインバータ回路24では、電流波形,電圧
波形共に正弦波となり、高調波のない交流出力が得られ
ることになる。また、トランジスタQ6 のベース電流が
LC共振によってコレクタの共振電流波形と相似になっ
ており、これにより高効率が実現されている。トランジ
スタQ6 のベース・エミッタ間に設けられたコンデンサ
C6 は、トランジスタQ6 のターンオフ時にベース電圧
を負にして、ターンオフ電流を確保しており、高速ター
ンオフを可能としている。
In this way, the series resonance circuit (current resonance circuit) and the parallel resonance circuit (voltage resonance circuit) are driven so that the current of the transistor Q6 is turned off at a point where the voltage is substantially zero and turned on at a point where the voltage between both ends is substantially zero. Circuit) and a timing control circuit 2
7 are set. As a result, in the switching inverter circuit 24, both the current waveform and the voltage waveform become sine waves, and an AC output without harmonics is obtained. The base current of the transistor Q6 is similar to the resonance current waveform of the collector due to LC resonance, thereby realizing high efficiency. The capacitor C6 provided between the base and the emitter of the transistor Q6 makes the base voltage negative when the transistor Q6 is turned off to secure a turn-off current, thereby enabling high-speed turn-off.

【0023】以上のようにしてこの実施例によれば、前
段のDC−DCコンバータ21は電流連続モードとなっ
ており、ノイズが少ない。後段のスイッチングインバー
タ回路24も電流電圧共振によって零電圧,零電流でオ
ン,オフされるため、ノイズが低減されている。したが
って、全体として極めて低ノイズのスイッチング電源が
得られることになる。また、スイッチングインバータ回
路24では、スイッチング素子であるトランジスタQ6
が零電圧,零電流でオン,オフされる結果、損失が少な
く、発熱の小さい高効率電源となる。またこの実施例で
は、第1の起動回路22によりDC−DCコンバータ2
1の動作を開始し、その後スイッチングインバータ回路
24が動作開始すると第1の起動回路22は機能停止す
る。そしてその後全体が一定周波数で動作し、DC−D
CコンバータはPWM変調によって安定化され、効率の
よい自励式、かつ同期式のスイッチング電源が得られ
る。
As described above, according to this embodiment, the DC-DC converter 21 in the preceding stage is in the continuous current mode and has little noise. Since the switching inverter circuit 24 at the subsequent stage is also turned on and off at zero voltage and zero current by current-voltage resonance, noise is reduced. Therefore, an extremely low-noise switching power supply can be obtained as a whole. Further, in the switching inverter circuit 24, the transistor Q6 as a switching element
Are turned on and off at zero voltage and zero current, resulting in a highly efficient power supply with little loss and little heat generation. Further, in this embodiment, the first starting circuit 22 causes the DC-DC converter 2
1 starts, and then when the switching inverter circuit 24 starts operating, the first starting circuit 22 stops functioning. After that, the whole operates at a constant frequency, and the DC-D
The C converter is stabilized by the PWM modulation, and an efficient self-excited and synchronous switching power supply can be obtained.

【0024】またこの実施例では、スイッチングインバ
ータ回路24は、トランスTの一次側に電圧共振回路,
電流共振回路を構成している。一般に小型のスイッチン
グ電源は、この実施例でもそうであるように、一次側が
高電圧,小電流で、二次側は低電圧,大電流というもの
が多い。この場合、二次側でトランスの漏れインダクタ
ンスを利用して電流共振回路を構成すると、コンデンサ
の容量値が大きいものとなる。何故なら、巻数比によっ
て、二次側から見た漏れインダクタンスは一次側から見
たそれより小さいからである。しかもこれは巻数比の二
乗で影響してくるため、トランス二次側漏れインダクタ
ンスを利用すると電流共振用コンデンサC4 の容量値は
例えば10μF程度にも大きくなってしまう。この種電
流共振用コンデンサとしては、リップル電流特性とか高
周波特性、或いは経時変化等の観点から見て、フィルム
コンデンサ等が望ましいが、この様な容量値のフィルム
コンデンサは形状寸法が極めて大きなものとなってしま
う。なおケミカルコンデンサを用いれば、この程度の容
量のものは形状寸法が小さく好都合であるが、リップル
電流特性とか高周波特性が劣り、また経時変化も大きい
ので用いることができない。これに対して一次側であれ
ば、漏れインダクタンスが大きいので必要な共振容量は
小さくなり、更に動作条件も高電圧,小電流であるか
ら、電流共振用コンデンサC4 としてフィルムコンデン
サを用いることができる。これにより共振のQも大きく
とることができ、また電源全体を小型にすることができ
る。
In this embodiment, the switching inverter circuit 24 includes a voltage resonance circuit,
It constitutes a current resonance circuit. Generally, as in this embodiment, a small switching power supply generally has a high voltage and a small current on the primary side and a low voltage and a large current on the secondary side. In this case, if a current resonance circuit is configured using the leakage inductance of the transformer on the secondary side, the capacitance value of the capacitor becomes large. This is because, depending on the turns ratio, the leakage inductance seen from the secondary side is smaller than that seen from the primary side. In addition, since this is affected by the square of the turns ratio, if the transformer secondary-side leakage inductance is used, the capacitance value of the current resonance capacitor C4 becomes as large as, for example, about 10 μF. Such a capacitor for current resonance is preferably a film capacitor from the viewpoint of ripple current characteristics, high-frequency characteristics, or aging, but a film capacitor having such a capacitance value has an extremely large shape and size. Would. When a chemical capacitor is used, a capacitor having such a capacity is advantageous because it has a small shape and size, but is inferior in ripple current characteristics and high-frequency characteristics and has a large change with time. On the other hand, on the primary side, the required resonance capacitance is reduced due to the large leakage inductance, and the operating conditions are high voltage and small current. Therefore, a film capacitor can be used as the current resonance capacitor C4. As a result, the resonance Q can be increased, and the entire power supply can be reduced in size.

【0025】更にこの実施例では、前段のDC−DCコ
ンバータに設けられた第1のインダクタンス素子L1
が、スイッチングインバータ回路の電流共振回路が他と
干渉することを防止する干渉防止用インダクタンス素子
として用いられている。これは、この実施例のスイッチ
ングインバータ回路24が一次側で電流共振回路を構成
している結果、可能となっている。そしてこのことは、
図9に示すように多出力電源を構成する場合非常に有利
になる。もし、図9のような多出力電源回路を、二次側
に電流共振回路を持ってきて構成すると、二次側の各出
力回路にそれぞれ干渉防止および平滑用インダクタンス
が必要となる。これはスイッチング電源の小型化を阻害
することになる。この実施例ではしたがって多出力とし
た場合に、効果的に電源の小型化が図られる。
Further, in this embodiment, the first inductance element L1 provided in the DC-DC converter at the preceding stage is used.
However, it is used as an interference preventing inductance element for preventing a current resonance circuit of a switching inverter circuit from interfering with another. This is possible as a result of the switching inverter circuit 24 of this embodiment constituting a current resonance circuit on the primary side. And this is
This is very advantageous when a multi-output power supply is configured as shown in FIG. If the multi-output power supply circuit as shown in FIG. 9 is constructed by bringing a current resonance circuit on the secondary side, each secondary output circuit needs an inductance for preventing interference and a smoothing inductance. This hinders downsizing of the switching power supply. In this embodiment, therefore, when multiple outputs are used, the size of the power supply can be effectively reduced.

【0026】図2の実施例では、スイッチングインバー
タ回路24がトランジスタ一個を用いたいわゆる一石式
であって、電流共振回路,電圧共振回路共にトランスT
の一次側に形成した。しかしこの発明はこれに限られる
わけではなく、他の形式のスイッチングインバータ回路
を用いることもできる。すなわち、一石式のスイッチン
グインバータ回路は、図10〜図13に示すような構成
が考えられるが、これらのいずれでも用いることができ
る。図10は、電圧共振回路がコンデンサC5 とトラン
スの一次側巻線の自己インダクタンスにより一次側に構
成され、二次側にトランスの漏れインダクタンスとコン
デンサC4 により電流共振回路が構成されたものであ
る。この場合、二次側に干渉防止および平滑用インダク
タンス素子LF が設けられる。図11は、図10の構成
を基本として、一次側にクランプ用ダイオードD6 が設
けられたものである。図12は、電流共振回路,電圧共
振回路共にトランスTの一次側に構成された例である。
この場合、干渉防止用インダクタンス素子LF は一次側
に設けられる。図13は、図12の構成を基本として、
一次側にクランプ用ダイオードD6 が設けられたもので
ある。この図13の構成がすなわち、図2の実施例のも
のである。但し前述のように図2の実施例では、前段コ
ンバータが第1のインダクタンス素子によって出力イン
ピーダンスにインダクタンス成分が入るため、第1のイ
ンダクタンス素子がそのまま干渉防止および平滑用イン
ダクタンス素子として用いられている。図12の構成を
用いた場合にも、同様の理由でインダクタンス素子の共
用が可能である。
In the embodiment shown in FIG. 2, the switching inverter circuit 24 is of a so-called single type using one transistor, and both the current resonance circuit and the voltage resonance circuit have a transformer T.
Formed on the primary side. However, the present invention is not limited to this, and other types of switching inverter circuits can be used. That is, although the configuration as shown in FIGS. 10 to 13 is conceivable for the single-switch type switching inverter circuit, any of these can be used. In FIG. 10, the voltage resonance circuit is formed on the primary side by the self-inductance of the capacitor C5 and the primary winding of the transformer, and the current resonance circuit is formed by the leakage inductance of the transformer and the capacitor C4 on the secondary side. In this case, an inductance element LF for preventing interference and smoothing is provided on the secondary side. FIG. 11 is based on the configuration of FIG. 10 except that a clamping diode D6 is provided on the primary side. FIG. 12 is an example in which both the current resonance circuit and the voltage resonance circuit are configured on the primary side of the transformer T.
In this case, the interference preventing inductance element LF is provided on the primary side. FIG. 13 is based on the configuration of FIG.
This is provided with a clamping diode D6 on the primary side. The configuration of FIG. 13 is that of the embodiment of FIG. However, as described above, in the embodiment of FIG. 2, since the output component of the pre-stage converter has an inductance component due to the first inductance element, the first inductance element is used as it is as an inductance element for preventing interference and smoothing. Even when the configuration of FIG. 12 is used, the inductance element can be shared for the same reason.

【0027】図2の実施例におけるスイッチングインバ
ータ回路24のトランス一次側には、クランプ用ダイオ
ードD6 が設けられているが、これは電圧共振によって
決まるピーク電圧を抑制するためである。このことは次
のような意味を持つ。第1に、ピーク電圧を抑制するも
のがないと、部品のばらつきや設計ミス等により、素子
破壊の原因になる。クランプ用ダイオードを設けること
によってこの様な破壊が防止され、信頼性が向上する。
第2に、トランジスタQ6 のオン時間を相対的に長くす
ることができる。すなわち図14(a) (b) に比較して示
したように、ピーク電圧Vp を抑制しない図14(a) の
場合には、ピーク電圧が大きい割にオン期間の比率を大
きくすることが難しい。これに対して、図14(b) に示
すようにピーク電圧Vp をクランプによって決めると、
トランジスタQ6 のオン期間を長くすることができる。
何故なら、共振電圧波形の正の半波と負の半波の面積は
等しく、図14(a) では、S1 =S2 であり、図14
(b) では、S1 ′=S2 ′である。正弦波のままでピー
ク値がVp の場合の面積S1 とクランプして同じピーク
値Vp とした場合の面積S1′とでは、S1 ′>S1 と
なり、したがってS2 ′>S2 となるからである。そし
てトランジスタQ6 のオン期間を長くできることから、
共振電流のピークを小さくできることになる。
A clamping diode D6 is provided on the primary side of the transformer of the switching inverter circuit 24 in the embodiment of FIG. 2 in order to suppress a peak voltage determined by voltage resonance. This has the following meaning. First, if there is no device that suppresses the peak voltage, it causes element destruction due to variations in parts and design errors. By providing the clamping diode, such destruction is prevented, and the reliability is improved.
Second, the on-time of the transistor Q6 can be made relatively long. That is, as shown in comparison with FIGS. 14A and 14B, in the case of FIG. 14A in which the peak voltage Vp is not suppressed, it is difficult to increase the ratio of the ON period for the large peak voltage. . On the other hand, when the peak voltage Vp is determined by the clamp as shown in FIG.
The ON period of the transistor Q6 can be lengthened.
This is because the areas of the positive half wave and the negative half wave of the resonance voltage waveform are equal, and in FIG. 14 (a), S1 = S2.
In (b), S1 '= S2'. This is because the area S1 when the peak value is Vp and the area S1 'when the same peak value Vp is clamped is S1'> S1, and therefore S2 '> S2. Since the ON period of the transistor Q6 can be lengthened,
The peak of the resonance current can be reduced.

【0028】またこの発明は、スイッチング素子を二個
用いたいわゆる二石式のスイッチングインバータ回路を
用いることもできる。そのスイッチングインバータ回路
構成を、図15〜図17に示す。図15は、二つのスイ
ッチング素子S1 ,S2 を用い、電流共振用コンデンサ
C4 ,電圧共振用コンデンサC5 共にトランスTの一次
側に配置したハーフブリッジ形式のスイッチングインバ
ータ回路である。図16は、図15の構成を基本とし
て、電流共振用コンデンサC4 をトランスTの二次側に
配置したハーフブリッジ形式のスイッチングインバータ
回路である。図17は、プッシュプル形式として、電圧
共振回路,電流共振回路共にトランスTの一次側に形成
したものである。図18は、やはりプッシュプル形式と
して、電流共振回路をトランスTの二次側に形成したも
のである。これらのうち、電流共振回路を一次側に形成
した図15または図17をこの発明で用いる場合には、
先の実施例で説明したようにインダクタンス素子LF を
前段のインダクタンス素子と兼用とすることができる。
The present invention can also use a so-called double-switching inverter circuit using two switching elements. The switching inverter circuit configuration is shown in FIGS. FIG. 15 shows a half-bridge type switching inverter circuit using two switching elements S1 and S2 and arranging both a current resonance capacitor C4 and a voltage resonance capacitor C5 on the primary side of the transformer T. FIG. 16 shows a half-bridge type switching inverter circuit in which the current resonance capacitor C4 is arranged on the secondary side of the transformer T based on the configuration of FIG. FIG. 17 shows a push-pull type in which both a voltage resonance circuit and a current resonance circuit are formed on the primary side of a transformer T. FIG. 18 shows a current resonance circuit formed on the secondary side of the transformer T, also of the push-pull type. When FIG. 15 or FIG. 17 in which the current resonance circuit is formed on the primary side is used in the present invention,
As described in the previous embodiment, the inductance element LF can be used also as the preceding inductance element.

【0029】次に図2の実施例でのスイッチングインバ
ータ回路24におけるタイミング制御回路27および第
2の起動回路26の部分の変形例を幾つか説明する。図
19は、トランジスタQ6 を駆動するタイミング制御回
路として、図2の実施例のLC回路に代わり、トランジ
スタQ10、抵抗R10,R11,コンデンサC10,C11,ダ
イオードD10を用いた発振回路を構成した例である。図
20は、図2の実施例では抵抗R8 のみで構成していた
第2の起動回路26部の変形例である。ここでは、第2
の起動回路26部に、PNPトランジスタQ11を付加
し、これに所定のバイアスを与えるダイオードD11,D
12,D13、抵抗R12およびコンデンサC12からなるバイ
アス回路を設けている。前段のDC−DCコンバータが
起動されて端子N3 の電位がある値まで上昇すると、P
NPトランジスタQ11がオンして、スイッチングインバ
ータ回路のスイッチング素子であるトランジスタQ6 に
大きなベース電流を供給して起動する。すなわち起動が
強化されている。安定状態にはいると、コンデンサC12
の電圧によりPNPトランジスタQ11はオフとなって、
第2の起動回路26はその機能を停止する。これによ
り、ベース電流を多くして起動を強化した時の起動用抵
抗での発熱を抑制することができる。図21は、同様に
第2の起動回路26の変形例である。ここでは、二つの
PNPトランジスタQ13,Q14と、抵抗R13,R14,R
15およびツェナーダイオードZD10によるバイアス回路
が構成されている。この場合は、やはり端子N3 の電位
がある程度上昇すると、PNPトランジスタQ13がオン
してトランジスタQ6にベース電流を供給する。更に端
子N3 の電位が上昇すると、PNPトランジスタQ14が
オンしてトランジスタQ13の順方向バイアスが浅くな
り、トランジスタQ6 に供給されるベース電流が抑制さ
れる。すなわち入力電圧に応じてトランジスタQ6 に対
するベース電流が制御され、図20と同様に起動の強化
による発熱の増大を抑制することができる。
Next, several modifications of the timing control circuit 27 and the second starting circuit 26 in the switching inverter circuit 24 in the embodiment of FIG. 2 will be described. FIG. 19 shows an example in which an oscillation circuit using a transistor Q10, resistors R10 and R11, capacitors C10 and C11, and a diode D10 is used as a timing control circuit for driving the transistor Q6 instead of the LC circuit of the embodiment of FIG. is there. FIG. 20 shows a modification of the second starting circuit 26 which is constituted only by the resistor R8 in the embodiment of FIG. Here, the second
, A PNP transistor Q11 is added to the starting circuit 26, and diodes D11 and D
A bias circuit comprising 12, D13, a resistor R12 and a capacitor C12 is provided. When the DC-DC converter in the preceding stage is activated and the potential of the terminal N3 rises to a certain value,
The NP transistor Q11 is turned on, and a large base current is supplied to the transistor Q6, which is a switching element of the switching inverter circuit, to start the transistor. That is, the startup is enhanced. Once in steady state, the capacitor C12
PNP transistor Q11 is turned off by the voltage of
The second activation circuit 26 stops its function. This makes it possible to suppress the heat generated by the starting resistor when the starting is enhanced by increasing the base current. FIG. 21 is a modification of the second activation circuit 26 in the same manner. Here, two PNP transistors Q13, Q14 and resistors R13, R14, R
15 and a Zener diode ZD10 constitute a bias circuit. In this case, when the potential of the terminal N3 rises to some extent, the PNP transistor Q13 is turned on to supply a base current to the transistor Q6. When the potential of the terminal N3 further rises, the PNP transistor Q14 turns on, the forward bias of the transistor Q13 decreases, and the base current supplied to the transistor Q6 is suppressed. That is, the base current for transistor Q6 is controlled in accordance with the input voltage, and the increase in heat generation due to the enhanced start-up can be suppressed as in FIG.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上詳細に説明したようにこの発明によ
れば、起動回路を持つスイッチングレギュレータと電圧
電流共振型スイッチングインバータ回路の組み合わせに
よって、極めて低ノイズでかつ高効率の同期型スイッチ
ング電源を得ることができる。
As described above in detail, according to the present invention, an extremely low-noise and high-efficiency synchronous switching power supply can be obtained by combining a switching regulator having a starting circuit and a voltage-current resonance type switching inverter circuit. be able to.

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

【図1】実施例の電源回路の概略構成を示すブロック
図。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a power supply circuit according to an embodiment.

【図2】実施例の電源回路の具体的構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of a power supply circuit according to the embodiment.

【図3】トランスの等価回路を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of a transformer.

【図4】電流連続モードDC−DCコンバータの構成を
示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a current continuous mode DC-DC converter.

【図5】電流連続モードDC−DCコンバータの構成を
示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a continuous current mode DC-DC converter.

【図6】電流連続モードDC−DCコンバータの動作波
形を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing operation waveforms of a current continuous mode DC-DC converter.

【図7】インダクタンス素子のコア共有を説明するため
の図。
FIG. 7 is a diagram for explaining the sharing of the core of the inductance element.

【図8】スイッチングインバータ回路の動作波形を示す
図。
FIG. 8 is a diagram showing operation waveforms of the switching inverter circuit.

【図9】多出力電源構成を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a multi-output power supply configuration.

【図10】一次側電圧共振,二次側電流共振の一石式ス
イッチングインバータを示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a single-switching inverter of primary-side voltage resonance and secondary-side current resonance.

【図11】一次側電圧共振,二次側電流共振の一石式ス
イッチングインバータを示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a single-switching inverter having primary voltage resonance and secondary current resonance.

【図12】一次側電圧共振,一次側電流共振の一石式ス
イッチングインバータを示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a single-switching inverter of primary-side voltage resonance and primary-side current resonance.

【図13】一次側電圧共振,一次側電流共振の一石式ス
イッチングインバータを示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a single-switching inverter of primary-side voltage resonance and primary-side current resonance.

【図14】電圧クランプの効果を説明するための図。FIG. 14 is a diagram for explaining an effect of a voltage clamp.

【図15】一次側電圧共振,一次側電流共振の二石式ハ
ーフブリッジ型スイッチングインバータを示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a dual-switch half-bridge type switching inverter of primary-side voltage resonance and primary-side current resonance.

【図16】一次側電圧共振,二次側電流共振の二石式ハ
ーフブリッジ型スイッチングインバータを示す図。
FIG. 16 is a diagram showing a dual-switch half-bridge type switching inverter of primary-side voltage resonance and secondary-side current resonance.

【図17】一次側電圧共振,一次側電流共振の二石式プ
ッシュプル型スイッチングインバータを示す図。
FIG. 17 is a diagram showing a dual-push push-pull type switching inverter of primary-side voltage resonance and primary-side current resonance.

【図18】一次側電圧共振,二次側電流共振の二石式プ
ッシュプル型スイッチングインバータを示す図。
FIG. 18 is a diagram showing a dual-push push-pull type switching inverter of primary-side voltage resonance and secondary-side current resonance.

【図19】タイミング制御回路の変形例を示す図。FIG. 19 is a diagram showing a modification of the timing control circuit.

【図20】第2の起動回路の変形例を示す図。FIG. 20 is a diagram showing a modification of the second startup circuit.

【図21】第2の起動回路の変形例を示す図。FIG. 21 is a diagram showing a modification of the second startup circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…スイッチングレギュレータ、12…スイッチング
手段、13…電圧共振回路、14…電流共振回路、15
…出力回路、16…起動回路、17…PWM回路、18
…タイミング制御回路、21…電流連続モードDC−D
Cコンバータ、22…第1の起動回路、23…PWM回
路、24…電流電圧共振型スイッチングインバータ回
路、25…出力回路、26…第2の起動回路、27…タ
イミング制御回路、L1 …第1のインダクタンス素子、
L2 …第2のインダクタンス素子、Q1 …npnトラン
ジスタ(第1のスイッチング素子)、Q6…npnトラ
ンジスタ(第2のスイッチング素子)、C4 …電流共振
用コンデンサ、C5 …電圧共振用コンデンサ。
11 switching regulator, 12 switching means, 13 voltage resonance circuit, 14 current resonance circuit, 15
... output circuit, 16 ... start circuit, 17 ... PWM circuit, 18
... Timing control circuit, 21 ... Current continuous mode DC-D
C converter, 22 first starting circuit, 23 PWM circuit, 24 current-voltage resonant switching inverter circuit, 25 output circuit, 26 second starting circuit, 27 timing control circuit, L1 first Inductance element,
L2: second inductance element, Q1: npn transistor (first switching element), Q6: npn transistor (second switching element), C4: current resonance capacitor, C5: voltage resonance capacitor.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 DC−DCコンバータと、このDC−D
Cコンバータの出力端子に接続されたスイッチングイン
バータとを備えた電源回路において、 前記DC−DCコンバータは、 入力端子と出力端子の間に第1のインダクタンス素子を
介して接続されたコンデンサとダイオードの直列回路
と、 この直列回路に並列接続されてオンオフ制御が行われる
第1のスイッチングトランジスタと、 前記コンデンサとダイオードの接続ノードと基準端子の
間に挿入された第2のインダタンス素子とを備えて構成
され、 前記スイッチングインバータは、 前記DC−DCコンバータの出力端子に出力トランスの
一次巻線を介して接続された第2のスイッチングトラン
ジスタと、 この第2のスイッチングトランジスタのオン時の主電流
を共振させる電流共振回路と、 前記第2のスイッチングトランジスタのオフ時の両端電
圧を共振させる電圧共振回路と、 前記第2のスイッチングトランジスタをその主電流がゼ
ロの状態でオフ駆動し、両端電圧がゼロの状態でオン駆
動するための時定数回路を有するタイミング制御手段を
備えて構成され、 更に、前記DC−DCコンバータに与えられる入力直流
電圧が所定レベルになったことを検出して前記第1のス
イッチングトランジスタをオン駆動することにより前記
DC−DCコンバータを起動し、前記DC−DCコンバ
ータの出力電圧が所定レベルになったことを検出して機
能停止する起動回路を備え、 前記起動回路の機能停止後に前記出力トランスの一次巻
線タップの出力に基づいて前記第1のスイッチングトラ
ンジスタがオンオフ制御される ことを特徴とする電源回
路。
1. A DC-DC converter and a DC-D converter
Switching-in connected to the output terminal of the C converter
In a power supply circuit including a converter, the DC-DC converter includes a first inductance element between an input terminal and an output terminal.
Series circuit of a capacitor and a diode connected via
If, on-off control is performed in parallel connected to the series circuit
A first switching transistor, a connection node between the capacitor and the diode, and a reference terminal.
And a second inductance element inserted between them.
The switching inverter is connected to an output terminal of the DC-DC converter by an output transformer.
A second switching transformer connected via the primary winding
And registers, the main current during ON of the second switching transistor
A current resonance circuit for resonating the first and second terminals of the second switching transistor when the second switching transistor is off.
A voltage resonance circuit for resonating voltage and a main current of the second switching transistor
Off when the voltage is zero, and turn on when the voltage at both ends is zero.
Timing control means having a time constant circuit for
And an input direct current supplied to the DC-DC converter.
Upon detecting that the voltage has reached a predetermined level, the first switch is activated.
By turning on the switching transistor,
Activate the DC-DC converter and activate the DC-DC converter.
When the output voltage of the
A starting circuit for stopping the functioning of the output transformer after the function of the starting circuit stops functioning.
The first switching transformer based on the output of the line tap.
A power supply circuit characterized in that a transistor is on / off controlled .
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