JP3291864B2 - Switching power supply - Google Patents

Switching power supply

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JP3291864B2
JP3291864B2 JP23291893A JP23291893A JP3291864B2 JP 3291864 B2 JP3291864 B2 JP 3291864B2 JP 23291893 A JP23291893 A JP 23291893A JP 23291893 A JP23291893 A JP 23291893A JP 3291864 B2 JP3291864 B2 JP 3291864B2
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裕樹 明石
幸司 ▲よし▼田
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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、産業用や民生用の電子
機器に直流安定化電圧を供給するスイッチング電源装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply for supplying a stabilized DC voltage to industrial and consumer electronic equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、スイッチング電源装置は電子機器
の小型化、高性能化に伴い、より薄型で高効率なものが
強く求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, switching power supply devices have been strongly required to be thinner and more efficient as electronic devices have become smaller and more sophisticated.

【0003】以下に従来のスイッチング電源装置につい
て説明する。図3は従来例のスイッチング電源装置で、
いわゆるフルブリッジ方式のスイッチング電源装置であ
る。図3において1は入力直流電源で交流電圧を平滑す
ることで、もしくは電池などで構成されるものであり、
入力端子2a,2bに入力電圧を供給し正電圧を入力端
子2aに接続し、負電圧を入力端子2bに接続してい
る。21と22は第1と第2のスイッチング手段であ
り、第1のスイッチング手段21と第2のスイッチング
手段22との直列回路を入力直流電源1の両端に接続す
る。23と24は第3と第4のスイッチング手段であ
り、第3のスイッチング手段23と第4のスイッチング
手段24との直列回路を入力直流電源1の両端に接続す
る。第1のスイッチング手段21と第4のスイッチング
手段24とは同期してオンオフを繰り返し、第2のスイ
ッチング手段22と第3のスイッチング手段23とは同
期してオンオフを繰り返し、第1のスイッチング手段2
1と第2のスイッチング手段22とは同時にオフする期
間を有し、交互にオンオフさせて、第3のスイッチング
手段23と第4のスイッチング手段24も同時にオフす
る期間を有し、交互にオンオフさせる。
A conventional switching power supply will be described below. FIG. 3 shows a conventional switching power supply device.
This is a so-called full-bridge switching power supply device. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes an input DC power supply for smoothing an AC voltage or a battery or the like.
An input voltage is supplied to the input terminals 2a and 2b, a positive voltage is connected to the input terminal 2a, and a negative voltage is connected to the input terminal 2b. Reference numerals 21 and 22 denote first and second switching means for connecting a series circuit of the first switching means 21 and the second switching means 22 to both ends of the input DC power supply 1. Reference numerals 23 and 24 denote third and fourth switching means for connecting a series circuit of the third switching means 23 and the fourth switching means 24 to both ends of the input DC power supply 1. The first switching means 21 and the fourth switching means 24 repeat on / off in synchronization with each other, the second switching means 22 and the third switching means 23 repeat on / off in synchronization with each other, and the first switching means 2
The first and second switching means 22 have a period in which they are simultaneously turned off and are alternately turned on and off, and the third switching means 23 and the fourth switching means 24 also have a period in which they are simultaneously turned off and are turned on and off alternately. .

【0004】10はトランスであり1次巻線10a,2
次巻線10bおよび2次巻線10cを有しており、トラ
ンス10の1次巻線10aの一端は第1のスイッチング
手段21と第2のスイッチング手段22との接続点に接
続され、他端は第3のスイッチング手段23と第4のス
イッチング手段24との接続点に接続される。
Reference numeral 10 denotes a transformer, which is a primary winding 10a, 2
The transformer 10 has a primary winding 10b and a secondary winding 10c. One end of the primary winding 10a of the transformer 10 is connected to a connection point between the first switching means 21 and the second switching means 22. Is connected to a connection point between the third switching means 23 and the fourth switching means 24.

【0005】11は第1の整流ダイオードであり、第2
のスイッチング手段22と第3のスイッチング手段23
がオンの時、トランス10の2次巻線10bおよび2次
巻線10cに発生する電圧をインダクタンス素子13の
一端に印加する。12は第2の整流ダイオードであり、
第1のスイッチング手段21と第4のスイッチング手段
24がオンの時、トランス10の2次巻線10bおよび
2次巻線10cに発生する電圧をインダクタンス素子1
3の一端に印加する。
Reference numeral 11 denotes a first rectifier diode, and a second rectifier diode
Switching means 22 and third switching means 23
Is turned on, a voltage generated in the secondary winding 10b and the secondary winding 10c of the transformer 10 is applied to one end of the inductance element 13. 12 is a second rectifier diode,
When the first switching means 21 and the fourth switching means 24 are on, the voltage generated in the secondary winding 10b and the secondary winding 10c of the transformer 10 is applied to the inductance element 1
3 to one end.

【0006】インダクタンス素子13は第1の整流ダイ
オード11と第2の整流ダイオード12によって作られ
る電圧を平均化することで出力端子15a,15bに電
流を供給する。14は平滑コンデンサであり出力端子1
5a,15b間に接続され、インダクタンス素子13に
よって平均化された電圧を保持する。25は制御回路で
あり、出力端子15a,15bの電圧を検出し、出力電
圧を一定に保つように第1から第4のスイッチング手段
21と22と23と24のオンオフ比を変化させる。
[0006] The inductance element 13 supplies current to the output terminals 15a and 15b by averaging the voltage generated by the first rectifier diode 11 and the second rectifier diode 12. Reference numeral 14 denotes a smoothing capacitor, and an output terminal 1
It is connected between 5a and 15b and holds the voltage averaged by the inductance element 13. A control circuit 25 detects the voltages of the output terminals 15a and 15b and changes the on / off ratio of the first to fourth switching means 21, 22, 23 and 24 so as to keep the output voltage constant.

【0007】以上のように構成された従来例のスイッチ
ング電源装置について図4を参照して詳しく動作説明を
行なう。図4(a)〜(f)は図3の従来のスイッチン
グ電源装置の各部動作波形を示しており、(a)は制御
回路16のオンオフ信号Vg1とVg4であり、(b)は制
御回路16のオンオフ信号Vg2とVg3であり、(c)は
第1のスイッチング手段21と第4のスイッチング手段
24に印加される電圧波形V1とV4であり、(d)は第
2のイッチング手段22と第3のスイッチング手段23
に印加される電圧波形V2とV3であり、(e)はインダ
クタンス素子13の一端に印加される電圧波形Vsであ
り、(f)はインダクタンス素子13を流れる電流波形
Isである。
The operation of the conventional switching power supply device configured as described above will be described in detail with reference to FIG. 4A to 4F show operation waveforms of respective parts of the conventional switching power supply device of FIG. 3, wherein FIG. 4A shows on / off signals Vg1 and Vg4 of the control circuit 16, and FIG. and on-off signal V g2 and V g3 of the circuit 16, (c) is a voltage waveform V 1 and V 4 is applied to the first switching means 21 to the fourth switching means 24, (d) the second Switching means 22 and third switching means 23
The voltage waveform V 2 and V 3 applied to, (e) is a voltage waveform Vs to be applied to one end of the inductance element 13, a (f) is a current waveform Is flowing through the inductance element 13.

【0008】動作状態の時間的変化を示すためt1 から
5 を図中に示している。時刻t1で制御回路25のオ
ンオフ信号により第1のスイッチング手段21と第4の
スイッチング手段24がオフ、第2のスイッチング手段
22と第3のスイッチング手段23がターンオンする
と、トランス10の1次巻線10aには入力電圧Vin
が印加され、トランス10の2次巻線10bと2次巻線
10cにVin/n(但しnは1次巻線と2次巻線の巻
数比であり、1次巻線数:2次巻線数=n:1である)
の電圧が発生し、第1の整流ダイオード11をオンとす
る。第1の整流ダイオード11がオンとなると第2の整
流ダイオード12はオフとなり、その時インダクタンス
素子13にはVin/n−Voutの電圧が印加され
る。
[0008] indicates the t 1 to indicate a temporal change of the operating state t 5 in FIG. At time t 1 , when the first switching means 21 and the fourth switching means 24 are turned off and the second switching means 22 and the third switching means 23 are turned on by the on / off signal of the control circuit 25, the primary winding of the transformer 10 is turned on. The input voltage Vin is applied to the line 10a.
Is applied to the secondary winding 10b and the secondary winding 10c of the transformer 10 (where n is the winding ratio of the primary winding to the secondary winding, and the number of primary windings: secondary windings). (Number of lines = n: 1)
And the first rectifier diode 11 is turned on. When the first rectifier diode 11 is turned on, the second rectifier diode 12 is turned off, and at this time, a voltage of Vin / n-Vout is applied to the inductance element 13.

【0009】時刻t2で制御回路25のオンオフ信号に
より第1のスイッチング手段21と第4のスイッチング
手段24がオフ、第2のスイッチング手段22と第3の
スイッチング手段23がターンオフすると、インダクタ
ンス素子13に流れる電流を連続にするように、第1お
よび第2の整流ダイオードをターンオンするため、トラ
ンス10の各巻線電圧は0となり、インダクタンス素子
13には−Voutの電圧が印加される。
At time t 2 , when the first switching means 21 and the fourth switching means 24 are turned off and the second switching means 22 and the third switching means 23 are turned off by the on / off signal of the control circuit 25, the inductance element 13 is turned off. Since the first and second rectifier diodes are turned on so that the current flowing through the transformer 10 is continuous, the voltage of each winding of the transformer 10 becomes 0, and the voltage of −Vout is applied to the inductance element 13.

【0010】時刻t3で制御回路25のオンオフ信号に
より第2のスイッチング手段22と第3のスイッチング
手段23がオフ、第1のスイッチング手段21と第4の
スイッチング手段24がターンオンすると、トランス1
0の1次巻線10aには−Vinが印加され、トランス
10の2次巻線10bと2次巻線10cに−Vin/n
の電圧が発生し、第2の整流ダイオード12をオンとす
る。第2の整流ダイオード12がオンとなると第1の整
流ダイオード11はオフとなり、その時インダクタンス
素子13にはVin/n−Voutの電圧が印加され
る。
At time t 3 , when the second switching means 22 and the third switching means 23 are turned off and the first switching means 21 and the fourth switching means 24 are turned on by the on / off signal of the control circuit 25, the transformer 1 is turned on.
0 is applied to the primary winding 10a, and -Vin / n is applied to the secondary winding 10b and the secondary winding 10c of the transformer 10.
And the second rectifier diode 12 is turned on. When the second rectifier diode 12 is turned on, the first rectifier diode 11 is turned off. At that time, a voltage of Vin / n-Vout is applied to the inductance element 13.

【0011】時刻t4で制御回路25のオンオフ信号に
より第2のスイッチング手段22と第3のスイッチング
手段23がオフ、第1のスイッチング手段21と第4の
スイッチング手段24がターンオフすると、インダクタ
ンス素子13に流れる電流を連続にするように第1の整
流ダイオード11および第2の整流ダイオード12をタ
ーンオンするため、トランスの各巻線電圧は0となり、
インダクタンス素子13には−Voutの電圧が印加さ
れる。
At time t 4 , when the second switching means 22 and the third switching means 23 are turned off and the first switching means 21 and the fourth switching means 24 are turned off by the on / off signal of the control circuit 25, the inductance element 13 is turned off. Since the first rectifier diode 11 and the second rectifier diode 12 are turned on so that the current flowing through the transformer becomes continuous, each winding voltage of the transformer becomes 0,
A voltage of −Vout is applied to the inductance element 13.

【0012】時刻t5で制御回路25のオンオフ信号に
より第1のスイッチング手段21と第4のスイッチング
手段24がオフ、第2のスイッチング手段22と第3の
スイッチング手段23がターンオンすると、トランス1
0の1次巻線10aには入力電圧Vinが印加される。
これを繰り返す。
[0012] time t by off signal 5 in the control circuit 25 first switching means 21 and the fourth switching means 24 is turned off, the second switching means 22 and the third switching means 23 is turned on, transformer 1
The input voltage Vin is applied to the 0 primary winding 10a.
Repeat this.

【0013】インダクタンス素子13を磁気飽和させな
いためのリセット条件から第1のスイッチング手段21
と第4のスイッチング手段24の同時オン期間と第2の
スイッチング手段22と第3のスイッチング手段23の
同時オン期間は等しくなり、その期間をTon、トラン
ス10の1次巻線電圧が0の期間をToffとすると、
出力電圧Voutは Vout=(Vin/n×Ton)/(Ton+Toff) となりオンオフ比を変えることによって出力電圧の制御
が可能である。
From the reset condition for preventing the inductance element 13 from magnetic saturation, the first switching means 21
And the simultaneous on-period of the fourth switching means 24 and the simultaneous on-period of the second switching means 22 and the third switching means 23 are equal, and the period is Ton, and the primary winding voltage of the transformer 10 is zero. Is Toff,
The output voltage Vout is as follows: Vout = (Vin / n × Ton) / (Ton + Toff) The output voltage can be controlled by changing the on / off ratio.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、それぞれのスイッチング手段が、オフの
時に入力電圧Vinが印加されてしまい、その分大型で
高耐圧のスイッチング手段を選定しなければならず、ま
た、それぞれのスイッチング手段にはターンオン時にス
イッチング手段に寄生的に存在するキャパシタンスの短
絡によりエネルギー損失が生じてしまい、その分効率が
下がるという問題点を有していた。
However, in the above-mentioned conventional configuration, the input voltage Vin is applied when each of the switching means is off, so that a large and high withstand voltage switching means must be selected. In addition, each of the switching means has a problem in that energy loss occurs due to short-circuiting of a parasitic capacitance existing in the switching means at the time of turn-on, and the efficiency is reduced accordingly.

【0015】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、それぞれのスイッチング手段がオフの時に印加され
る電圧を入力電圧のほぼ半分にすることにより、小型で
低耐圧のスイッチング手段を使用でき、また、すべての
スイッチング手段を零電圧スイッチングを行なうことに
より、効率の高いスイッチング電源装置を提供すること
を目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems. By reducing the voltage applied when each switching means is turned off to approximately half of the input voltage, it is possible to use a small-sized and low withstand voltage switching means. Another object of the present invention is to provide a highly efficient switching power supply by performing zero voltage switching on all switching means.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のスイッチング電源装置は、少なくとも第1と
第2のコンデンサとの直列回路を入力電圧に接続し、交
互にオンオフを繰り返す第1と第2のスイッチング手段
との直列回路を前記第1のコンデンサの両端に接続し、
交互にオンオフを繰り返す第3のスイッチング手段と第
4のスイッチング手段との直列回路を前記第2のコンデ
ンサの両端に接続し、前記第1と前記第2のスイッチン
グ手段の接続点と、前記第3と前記第4のスイッチング
手段の接続点との間に、1次巻線と1つ以上の2次巻線
を有するトランスの1次巻線と、第3のコンデンサとの
直列回路を接続させ、前記トランスの2次巻線に誘起す
る電圧を整流平滑手段を介して出力に供給する構成を有
している。
In order to achieve this object, a switching power supply according to the present invention comprises a first circuit in which at least a series circuit of first and second capacitors is connected to an input voltage, and the first and second capacitors alternately turn on and off alternately. A series circuit of a first capacitor and a second switching means is connected to both ends of the first capacitor;
A series circuit of third switching means and fourth switching means, which alternately turns on and off, is connected to both ends of the second capacitor, and a connection point between the first and second switching means is connected to the third switching means. Connecting a series circuit of a primary winding of a transformer having a primary winding and one or more secondary windings, and a third capacitor between the first winding and a connection point of the fourth switching means; A voltage induced in the secondary winding of the transformer is supplied to an output through a rectifying / smoothing means.

【0017】[0017]

【作用】この構成によって第1と第4のスイッチング手
段がオンの時、第2と第3のスイッチング手段の一端は
第1と第2のコンデンサによりVin/2の電圧にクラ
ンプされているため、第2と第3のスイッチング手段に
印加される電圧はVin/2にでき、逆に第2と第3の
スイッチング手段がオンの時、第1と第4のスイッチン
グ手段に印加される電圧は第1と第2のコンデンサによ
りVin/2にできる。またトランスの1次巻線に電圧
が印加されていないときでも、また第1のスイッチング
手段と第3のスイッチング手段の同時オン期間または第
2のスイッチング手段と第4のスイッチング手段の同時
オン期間を設けることにより、トランスの1次巻線の電
流の連続性が保ち、すべてのスイッチング手段のターン
オン時に逆電流を流すことができ、すべてのスイッチン
グ手段に寄生の容量が存在するときでもその電荷を放電
してからターンオンすることにより、零電圧スイッチン
グができ、ターンオン時のエネルギー損失がなく効率を
高めることができる。
With this configuration, when the first and fourth switching means are turned on, one ends of the second and third switching means are clamped to the voltage of Vin / 2 by the first and second capacitors. The voltage applied to the second and third switching means can be Vin / 2, and conversely, when the second and third switching means are on, the voltage applied to the first and fourth switching means is Vin / 2 It can be set to Vin / 2 by the first and second capacitors. Also, even when no voltage is applied to the primary winding of the transformer, the simultaneous ON period of the first switching means and the third switching means or the simultaneous ON period of the second switching means and the fourth switching means is set. With this arrangement, the continuity of the current in the primary winding of the transformer is maintained, a reverse current can flow when all the switching means are turned on, and even when parasitic capacitance exists in all the switching means, the charge is discharged. By turning on after that, zero voltage switching can be performed, and there is no energy loss at the time of turn-on, and the efficiency can be improved.

【0018】[0018]

【実施例】以下本発明の一実施例のスイッチング電源装
置について、図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A switching power supply according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】図1において、1は入力直流電源で交流電
圧を平滑することで、もしくは電池などで構成されるも
のであり、入力端子2a,2bに入力電圧を供給し正電
圧を入力端子2aに接続し、負電圧を入力端子2bに接
続している。3と4は第1のコンデンサと第2のコンデ
ンサであり第1のコンデンサ3と第2のコンデンサ4と
の直列回路を前記入力端子2a,2bの両端に接続す
る。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an input DC power supply for smoothing an AC voltage or comprising a battery or the like. The input voltage is supplied to input terminals 2a and 2b, and a positive voltage is applied to input terminal 2a. And the negative voltage is connected to the input terminal 2b. Reference numerals 3 and 4 denote a first capacitor and a second capacitor, which connect a series circuit of the first capacitor 3 and the second capacitor 4 to both ends of the input terminals 2a and 2b.

【0020】6aと7aは制御回路16によりオンオフ
される第1および第2のスイッチング素子であり、17
と18は第1および第2の寄生ダイオードであり、第1
のスイッチング素子6aと第1の寄生ダイオード17と
で第1のスイッチング手段6を構成し、第2のスイッチ
ング素子7aと第2の寄生ダイオード18とで第2のス
イッチング手段7を構成する。第1のスイッチング手段
6と第2のスイッチング手段7との直列回路は第1のコ
ンデンサ3の両端に接続される。8aと9aは制御回路
16によりオンオフされる第3と第4のスイッチング素
子であり、19と20は第3および第4の寄生ダイオー
ドであり、第3のスイッチング素子8aと第3の寄生ダ
イオード19とで第3のスイッチング手段8を構成し、
第4のスイッチング素子9aと第4の寄生ダイオード2
0とで第4のスイッチング手段9を構成する。第3のス
イッチング手段8と第4のスイッチング手段9との直列
回路は第2のコンデンサ4の両端に接続し、第1のスイ
ッチング手段6と第2のスイッチング手段7 の接続点
と、第3のスイッチング手段8と第4のスイッチング手
段9の接続点との間に、トランス10の1次巻線10a
と第3のコンデンサ5との直列回路を接続する。
Reference numerals 6a and 7a denote first and second switching elements which are turned on and off by the control circuit 16.
And 18 are first and second parasitic diodes,
The first switching means 6 is constituted by the switching element 6a and the first parasitic diode 17, and the second switching means 7 is constituted by the second switching element 7a and the second parasitic diode 18. A series circuit of the first switching means 6 and the second switching means 7 is connected to both ends of the first capacitor 3. 8a and 9a are third and fourth switching elements which are turned on and off by the control circuit 16, 19 and 20 are third and fourth parasitic diodes, and the third switching element 8a and third parasitic diode 19 And constitute the third switching means 8,
Fourth switching element 9a and fourth parasitic diode 2
0 constitutes the fourth switching means 9. The series circuit of the third switching means 8 and the fourth switching means 9 is connected to both ends of the second capacitor 4, and the connection point of the first switching means 6 and the second switching means 7 A primary winding 10a of a transformer 10 is provided between the switching means 8 and a connection point of the fourth switching means 9.
And a third capacitor 5 in series.

【0021】10はトランスであり1次巻線10a,2
次巻線10bおよび2次巻線10cを有しており、トラ
ンス10の1次巻線10aの一端は第1のスイッチング
手段6と第2のスイッチング手段7との接続点に接続さ
れ、他端は第3のスイッチング手段8と第4のスイッチ
ング手段9との接続点に接続される。
Reference numeral 10 denotes a transformer, which is a primary winding 10a, 2
The transformer 10 has a primary winding 10b and a secondary winding 10c. One end of the primary winding 10a of the transformer 10 is connected to a connection point between the first switching means 6 and the second switching means 7, and the other end. Is connected to a connection point between the third switching means 8 and the fourth switching means 9.

【0022】11は第1の整流ダイオードであり、第1
のスイッチング手段6と第4のスイッチング手段9がオ
ンの時、トランス10の2次巻線10bおよび2次巻線
10cに発生する電圧をインダクタンス素子13の一端
に印加する。12は第2の整流ダイオードであり、第2
のスイッチング手段7と第3のスイッチング手段8がオ
ンの時、トランス10の2次巻線10bおよび2次巻線
10cに発生する電圧をインダクタンス素子13の一端
に印加する。
Reference numeral 11 denotes a first rectifier diode,
When the switching means 6 and the fourth switching means 9 are turned on, the voltage generated in the secondary winding 10b and the secondary winding 10c of the transformer 10 is applied to one end of the inductance element 13. Reference numeral 12 denotes a second rectifier diode.
When the switching means 7 and the third switching means 8 are turned on, the voltage generated in the secondary winding 10b and the secondary winding 10c of the transformer 10 is applied to one end of the inductance element 13.

【0023】インダクタンス素子13は第1の整流ダイ
オード11と第2の整流ダイオード12によって作られ
る電圧を平均化することで出力端子15a,15bに電
流を供給する。14は平滑コンデンサであり出力端子1
5a,15b間に接続されインダクタンス素子13によ
って平均化された電圧を保持する。16は制御回路であ
り、第1のスイッチング素子6aと第2のスイッチング
素子7aを交互にオンオフさせ、同様に第3のスイッチ
ング素子8aと第4のスイッチング素子9aを交互にオ
ンオフさせ、出力端子15a,15bの電圧を検出し、
出力電圧を一定に保つように第1から第4のスイッチン
グ素子6aと7aと8aと9aのオンオフのタイミング
を変化させる。
The inductance element 13 supplies current to the output terminals 15a and 15b by averaging the voltage generated by the first rectifier diode 11 and the second rectifier diode 12. Reference numeral 14 denotes a smoothing capacitor, and an output terminal 1
It is connected between 5a and 15b and holds a voltage averaged by the inductance element 13. A control circuit 16 alternately turns on and off the first switching element 6a and the second switching element 7a, and similarly turns on and off the third switching element 8a and the fourth switching element 9a. , 15b are detected,
The on / off timing of the first to fourth switching elements 6a, 7a, 8a, and 9a is changed so as to keep the output voltage constant.

【0024】以上のように構成された本発明のスイッチ
ング電源装置について図2を参照して詳しく動作説明を
行なう。図2(a)〜(h)は本発明の一実施例を示す
スイッチング電源装置の各動作波形を示しており、
(a)は制御回路16の第1のスイッチング手段6への
オンオフ信号Vg1であり、(b)は制御回路16の第2
のスイッチング手段7へのオンオフ信号Vg2であり、
(c)は制御回路16の第3のスイッチング手段8への
オンオフ信号Vg3であり、(d)は制御回路16の第4
のスイッチング手段9へのオンオフ信号Vg4であり、
(e)は第1のスイッチング手段6を流れる電流波形I
Q1であり、(f)は第2のスイッチング手段7を流れる
電流波形IQ2であり、(g)は第3のスイッチング手段
8を流れる電流波形IQ3であり、(h)は第4のスイッ
チング手段9を流れる電流波形IQ4である。
The operation of the switching power supply of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIG. 2A to 2H show operation waveforms of the switching power supply according to the embodiment of the present invention.
(A) is an on / off signal V g1 to the first switching means 6 of the control circuit 16, and (b) is a second signal of the control circuit 16.
On / off signal V g2 to the switching means 7 of
(C) is an on / off signal V g3 to the third switching means 8 of the control circuit 16, and (d) is a fourth signal of the control circuit 16.
The on / off signal V g4 to the switching means 9 of
(E) shows a current waveform I flowing through the first switching means 6.
Qf , (f) is a current waveform IQ2 flowing through the second switching means 7, (g) is current waveform IQ3 flowing through the third switching means 8, and (h) is a fourth switching current. A current waveform IQ4 flowing through the means 9 is shown.

【0025】動作状態の時間的変化を示すためt1から
5を図中に示している。時刻t1で制御回路16のオン
オフ信号により第1のスイッチング手段6がオン、第2
のスイッチング手段7がオフ、第4のスイッチング手段
9がターンオフすると、トランス10の1次巻線10a
の連続性により、第3のスイッチング手段8の第3の寄
生ダイオード19が導通して逆向きの電流が流れ、その
時第3のスイッチング手段8をターンオンさせる。この
とき第3のスイッチング手段8を流れる電流が第3のス
イッチング素子8aを流れても第3の寄生ダイオード1
9を流れても動作は変わらない。トランス10の1次巻
線10aには第1のコンデンサ3の保持電圧VC1と第3
のコンデンサ5の保持電圧VC3の差電圧が印加され、後
で述べるように、電圧VC1と電圧VC2は等しく、トラン
ス10の1次巻線10aの漏れインダクタンスの影響で
1次巻線10aの電流は保持される。
The times t 1 to t 5 are shown in the figure to show the temporal change of the operating state. First switching means 6 is turned on by the on-off signal of the control circuit 16 at time t 1, the second
When the switching means 7 is turned off and the fourth switching means 9 is turned off, the primary winding 10a of the transformer 10
The continuity of the third switching means 8 causes the third parasitic diode 19 of the third switching means 8 to conduct, causing a current to flow in the opposite direction. At that time, the third switching means 8 is turned on. At this time, even if the current flowing through the third switching means 8 flows through the third switching element 8a, the third parasitic diode 1
The operation does not change even if it flows through 9. The primary winding 10a of the transformer 10 has the holding voltage V C1 of the first capacitor 3 and the third voltage.
The voltage difference between the holding voltage V C3 of the capacitor 5 and the voltage V C1 is equal to the voltage V C2 , as described later, and the primary winding 10a is affected by the leakage inductance of the primary winding 10a of the transformer 10. Is maintained.

【0026】時刻t2で制御回路16のオンオフ信号に
より第1のスイッチング手段6をターンオフさせると、
トランス10の漏れインダクタンスの影響でトランス1
0の1次巻線10aの電流は連続となり、第2の寄生ダ
イオード18をターンオンし、その時第2のスイッチン
グ手段7をターンオンさせる。このとき第2のスイッチ
ング手段7を流れる電流が第2のスイッチング素子7a
を流れても第2の寄生ダイオード18を流れても動作は
変わらない。トランス10の1次巻線には第3のコンデ
ンサ5の保持電圧VC3が印加され、第2の整流ダイオー
ド12がオンとなり、トランスの1次巻線10aの電流
は2次巻線10cの増加分だけ減少する。トランス10
の励磁エネルギーは減少し、負の値を取る。インダクタ
ンス素子13の一端にはトランス10の2次巻線10c
の誘起電圧VC3/nが印加される。
When the first switching means 6 is turned off by the on / off signal of the control circuit 16 at time t 2 ,
Transformer 1 is affected by the leakage inductance of transformer 10.
The current in the zero primary winding 10a is continuous, turning on the second parasitic diode 18 and then turning on the second switching means 7. At this time, the current flowing through the second switching means 7 is changed to the second switching element 7a.
The operation does not change whether the current flows through the second parasitic diode 18 or the second parasitic diode 18. The holding voltage V C3 of the third capacitor 5 is applied to the primary winding of the transformer 10, the second rectifier diode 12 is turned on, and the current of the primary winding 10a of the transformer increases in the secondary winding 10c. Decrease by minutes. Transformer 10
Excitation energy decreases and takes a negative value. A secondary winding 10c of the transformer 10 is connected to one end of the inductance element 13.
Of the induced voltage V C3 / n is applied.

【0027】時刻t3で、第2のスイッチング手段7が
ターンオフすると、第1のスイッチング手段6の第1の
寄生ダイオード17が導通して逆向きの電流が流れ、そ
の時第1のスイッチング手段6をターンオンさせる。こ
のとき第1のスイッチング手段6を流れる電流が第1の
スイッチング素子6aを流れても第1の寄生ダイオード
17を流れても動作は変わらない。トランス10の1次
巻線10aには、第2のコンデンサ4の保持電圧VC2
第3のコンデンサ5の保持電圧VC3の差電圧が印加され
るが後で述べるように、電圧VC2と電圧VC3は等しくな
り、トランス10の1次巻線10aの漏れインダクタン
スの影響で1次巻線10aの電流は一定値を保持する。
At time t 3 , when the second switching means 7 is turned off, the first parasitic diode 17 of the first switching means 6 conducts and a current flows in the opposite direction. Turn on. At this time, the operation does not change whether the current flowing through the first switching means 6 flows through the first switching element 6a or the first parasitic diode 17. The primary winding 10a of the transformer 10, as is the difference between the voltage of the holding voltage V C3 of the holding voltage V C2 of the second capacitor 4 third capacitor 5 is applied will be described later, the voltage V C2 The voltage V C3 becomes equal, and the current of the primary winding 10a maintains a constant value due to the influence of the leakage inductance of the primary winding 10a of the transformer 10.

【0028】時刻t4で制御回路16のオンオフ信号に
より、第3のスイッチング手段8がターンオフすると、
トランス10の漏れインダクタンスの影響でトランス1
0の1次巻線10aの電流は連続となり、第4の寄生ダ
イオード20をターンオンし、その時第4のスイッチン
グ手段9をターンオンさせる。このとき第4のスイッチ
ング手段9を流れる電流IQ4が第4のスイッチング素子
9aを流れても第4の寄生ダイオード20を流れても動
作は変わらない。トランス10の1次巻線には入力電圧
Vinと第3のコンデンサの保持電圧VC3の差電圧が印
加され、第1の整流ダイオード11がオンとなり、トラ
ンスの1次巻線10aの電流は2次巻線10bの増加分
だけ増加する。トランス10の励磁エネルギーは増加
し、負の値を取る。インダクタンス素子13の一端には
トランス10の2次巻線10cの誘起電圧VC3/nが印
加される。
At time t 4 , when the third switching means 8 is turned off by the on / off signal of the control circuit 16,
Transformer 1 is affected by the leakage inductance of transformer 10.
The current in the primary winding 10a of 0 becomes continuous, turning on the fourth parasitic diode 20, and then turning on the fourth switching means 9. At this time, the operation is the same whether the current IQ4 flowing through the fourth switching means 9 flows through the fourth switching element 9a or the fourth parasitic diode 20. The difference voltage between the input voltage Vin and the holding voltage V C3 of the third capacitor is applied to the primary winding of the transformer 10, the first rectifier diode 11 is turned on, and the current of the primary winding 10a of the transformer is 2 It increases by the increment of the next winding 10b. The excitation energy of the transformer 10 increases and takes a negative value. The induced voltage V C3 / n of the secondary winding 10c of the transformer 10 is applied to one end of the inductance element 13.

【0029】時刻t5で制御回路16のオンオフ信号に
より、第4のスイッチング手段9がターンオフすると、
第3のスイッチング手段8の第3の寄生ダイオード19
が導通して逆向きの電流が流れ、その時第3のスイッチ
ング手段8をターンオンさせる。これを繰り返す。
[0029] The on-off signal of the control circuit 16 at time t 5, when the fourth switching means 9 is turned off,
Third parasitic diode 19 of third switching means 8
Conducts, causing a reverse current to flow, at which time the third switching means 8 is turned on. Repeat this.

【0030】t1からt2までの期間をToff1、t2から
3までの期間をTon2、t3からt4までの期間を
off2、t4からt5までの期間をTon1とすると、トラ
ンス10を磁気飽和させないためののリセット条件より (Vin−VC3)×Ton1−VC3×Ton2=0 であるからTon1=Ton2=Tonのとき VC3=Vin/2 となる。
[0030] the duration of the period of the period from t 1 to t 2 the period from T off1, t 2 to t 3 from T on2, t 3 to t 4 from T off2, t 4 to t 5 T on1 Then, from the reset condition for preventing the transformer 10 from magnetic saturation, (Vin−V C3 ) × T on1 −V C3 × T on2 = 0, so that when T on1 = T on2 = Ton, V C3 = Vin / 2. Becomes

【0031】出力電圧Voutはインダクタンス素子1
3を磁気飽和させないためのリセット条件からToff
=Toff1=Toff2とすると Vout=Ton×Vin/(Ton+Toff) となりオンオフ比を変えることによって出力電圧の制御
が可能である。
The output voltage Vout is equal to the inductance element 1
From the reset condition to prevent magnetic saturation of
= T off1 = When T off2 Vout = Ton × Vin / (Ton + Toff) it is possible to control the output voltage by changing the next-off ratio.

【0032】入力電圧は第1のコンデンサ3と第2のコ
ンデンサ4の保持電圧VC1とVC2にて分割されるが、V
C2が高いとき、各部電流波形は図2の点線に示すような
波形となり、第1のコンデンサ3と第2のコンデンサ4
の接続点に流れ込む電流より流れ出す電流が大きくなる
ためVC2は減少する。逆にVC1が低いときはVC1が増加
するように動作する。安定状態において第1のコンデン
サ3と第2のコンデンサ4の接続点に流れ込む電流と流
れ出す電流は等しくなくてはならず、VC1はVin/2
でなければならない。
The input voltage is divided by the holding voltages V C1 and V C2 of the first capacitor 3 and the second capacitor 4,
When C2 is high, the current waveform of each part becomes a waveform as shown by a dotted line in FIG.
V C2 decreases because the current flowing out becomes larger than the current flowing into the connection point. Conversely, when V C1 is low, it operates so that V C1 increases. In the stable state, the current flowing into the connection point between the first capacitor 3 and the second capacitor 4 and the current flowing out must be equal, and V C1 is Vin / 2
Must.

【0033】本実施例では第1のスイッチング手段6と
第4のスイッチング手段9がオンの時、第2のスイッチ
ング手段7と第3のスイッチング手段8の一端は第1の
コンデンサ3と第2のコンデンサ4によりVin/2の
電圧にクランプされているため、第2のスイッチング手
段7と第3のスイッチング手段8に印加される電圧はV
in/2であり、逆に第2のスイッチング手段7と第3
のスイッチング手段8がオンの時、第1のスイッチング
手段6と第4のスイッチング手段9に印加される電圧は
第1のコンデンサ3と第2のコンデンサ4によりVin
/2である。また、すべてのスイッチング素子は、寄生
のダイオードが導通し電流が流れている時にターンオン
させるので零電圧スイッチングを行なっている。
In this embodiment, when the first switching means 6 and the fourth switching means 9 are turned on, one ends of the second switching means 7 and the third switching means 8 are connected to the first capacitor 3 and the second switching means 8, respectively. Since the voltage is clamped to the voltage of Vin / 2 by the capacitor 4, the voltage applied to the second switching means 7 and the third switching means 8 is V
in / 2, and conversely, the second switching means 7 and the third
When the switching means 8 is turned on, the voltage applied to the first switching means 6 and the fourth switching means 9 is Vin by the first capacitor 3 and the second capacitor 4.
/ 2. In addition, all the switching elements are turned on when the parasitic diode is conducting and a current is flowing, so that zero-voltage switching is performed.

【0034】以上のように本実施例によれば、第1と第
2のコンデンサの直列回路を入力電圧に接続し、交互に
オンオフを繰り返す第1と第2のスイッチング手段の直
列回路を前記第1のコンデンサの両端に接続し、前記第
2のスイッチング手段と同期してオンオフを繰り返す第
4のスイッチング手段と前記第4のスイッチング手段と
交互にオンオフを繰り返す第3のスイッチング手段との
直列回路を前記第2のコンデンサの両端に接続し、前記
第1と前記第2のスイッチング手段の接続点と、前記第
3と前記第4のスイッチング手段の接続点に、1次巻線
と1つ以上の2次巻線を有するトランスの1次巻線と、
第3のコンデンサの直列回路を接続する構成を有し、前
記トランスの2次巻線に誘起する電圧を整流平滑手段を
介して出力に供給する構成を設けることにより、それぞ
れのスイッチング手段は印加される電圧が入力電圧の半
分になり、また、すべてのスイッチング手段は零電圧ス
イッチングを行なっているためターンオン時のエネルギ
ー損失がなく効率を高めることができる。
As described above, according to the present embodiment, the series circuit of the first and second capacitors is connected to the input voltage, and the series circuit of the first and second switching means that alternately turns on and off is connected to the first circuit. A series circuit of a fourth switching means connected to both ends of the first capacitor and repeating on and off in synchronization with the second switching means and a third switching means repeating on and off alternately with the fourth switching means. A primary winding and one or more primary windings are connected to both ends of the second capacitor and connected to a connection point between the first and second switching means and a connection point between the third and fourth switching means. A primary winding of a transformer having a secondary winding;
By providing a configuration in which a series circuit of a third capacitor is connected and supplying a voltage induced in the secondary winding of the transformer to an output through a rectifying and smoothing means, each switching means is applied. Voltage becomes half of the input voltage, and all the switching means perform zero voltage switching, so that there is no energy loss at the time of turn-on and the efficiency can be improved.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、少なくと
も第1と第2のコンデンサの直列回路を入力電圧に接続
し、交互にオンオフを繰り返す第1と第2のスイッチン
グ手段の直列回路を前記第1のコンデンサの両端に接続
し、交互にオンオフを繰り返す第3と第4のスイッチン
グ手段との直列回路を前記第2のコンデンサの両端に接
続し、前記第1と前記第2のスイッチング手段の接続点
と、前記第3と前記第4のスイッチング手段の接続点と
の間に、1次巻線と1つ以上の2次巻線を有するトラン
スの1次巻線と、第3のコンデンサとの直列回路を接続
する構成を有し、前記トランスの2次巻線に誘起する電
圧を整流平滑手段を介して出力に供給する構成を設ける
ことにより、それぞれのスイッチング手段は印加される
電圧が入力電圧の半分にでき、また、すべてののスイッ
チング手段は零電圧スイッチングを行なっているためタ
ーンオン時のエネルギー損失がなく効率の高いスイッチ
ング電源装置を実現することができる。
As described above, according to the present invention, at least the series circuit of the first and second capacitors is connected to the input voltage, and the series circuit of the first and second switching means that alternately turns on and off alternately. A series circuit of third and fourth switching means connected to both ends of the first capacitor and alternately turned on and off is connected to both ends of the second capacitor, and the first and second switching means are connected to each other. , A primary winding of a transformer having a primary winding and one or more secondary windings between a connection point of the third and fourth switching means, and a third capacitor. And a configuration for supplying a voltage induced in the secondary winding of the transformer to an output through a rectifying / smoothing means. Of input voltage Min can turn, and all the switching means can realize efficient switching power supply device without energy loss at turn for doing the zero voltage switching.

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

【図1】本発明の一実施例におけるスイッチング電源装
置を示すブロック図
FIG. 1 is a block diagram showing a switching power supply device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同じくその動作を示す波形図FIG. 2 is a waveform diagram showing the same operation.

【図3】従来例におけるスイッチング電源装置のブロッ
ク図
FIG. 3 is a block diagram of a conventional switching power supply device.

【図4】同じくその動作を示す波形図FIG. 4 is a waveform chart showing the same operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力直流電源 2a,2b 入力端子 3 第1のコンデンサ 4 第2のコンデンサ 5 第3のコンデンサ 6 第1のスイッチング手段 6a 第1のスイッチング素子 7 第2のスイッチング手段 7a 第2のスイッチング素子 8 第3のスイッチング手段 8a 第3のスイッチング素子 9 第4のスイッチング手段 9a 第4のスイッチング素子 10 トランス 11 第1のダイオード 12 第2のダイオード 13 インダクタンス素子 14 平滑コンデンサ 15a,15b 出力端子 16 制御回路 17 第1の寄生ダイオード 18 第2の寄生ダイオード 19 第3の寄生ダイオード 20 第4の寄生ダイオード 21 第1のスイッチング手段 22 第2のスイッチング手段 23 第3のスイッチング手段 24 第4のスイッチング手段 25 制御回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input DC power supply 2a, 2b Input terminal 3 1st capacitor 4 2nd capacitor 5 3rd capacitor 6 1st switching means 6a 1st switching element 7 2nd switching means 7a 2nd switching element 8th 3 switching means 8a third switching element 9 fourth switching means 9a fourth switching element 10 transformer 11 first diode 12 second diode 13 inductance element 14 smoothing capacitor 15a, 15b output terminal 16 control circuit 17th 1 parasitic diode 18 second parasitic diode 19 third parasitic diode 20 fourth parasitic diode 21 first switching means 22 second switching means 23 third switching means 24 fourth switching means 25 control circuit

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−56638(JP,A) 特開 平5−83940(JP,A) 特開 平2−151266(JP,A) 特開 平5−191972(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/00 - 3/44 Continuation of the front page (56) References JP-A-5-56638 (JP, A) JP-A-5-83940 (JP, A) JP-A-2-151266 (JP, A) JP-A-5-191972 (JP) , A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H02M 3/00-3/44

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】少なくとも第1と第2のコンデンサの直列
回路を入力電圧に接続し、交互にオンオフを繰り返す第
1と第2のスイッチング手段との直列回路を前記第1の
コンデンサの両端に接続し、交互にオンオフを繰り返す
第3のスイッチング手段と第4のスイッチング手段との
直列回路を前記第2のコンデンサの両端に接続し、前記
第1と前記第2のスイッチング手段の接続点と、前記第
3と前記第4のスイッチング手段の接続点との間に、1
次巻線と1つ以上の2次巻線を有するトランスの1次巻
線と、第3のコンデンサとの直列回路を接続する構成を
有し、前記トランスの2次巻線に誘起する電圧を整流平
滑手段を介して出力に供給するスイッチング電源装置。
1. A series circuit of first and second switching means for connecting at least a series circuit of first and second capacitors to an input voltage and alternately turning on and off is connected to both ends of the first capacitor. A series circuit of a third switching means and a fourth switching means which alternately turns on and off is connected to both ends of the second capacitor, and a connection point of the first and second switching means, Between the third and the connection point of the fourth switching means,
A primary winding of a transformer having a secondary winding and one or more secondary windings, and a series circuit of a third capacitor, wherein a voltage induced in the secondary winding of the transformer is connected. A switching power supply for supplying an output via a rectifying / smoothing means.
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