JP4910190B2 - Soft switching circuit of self-excited switching power supply - Google Patents
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Description
本発明はスイッチング電源に関し、特にソフトスイッチング技術に関する。 The present invention relates to a switching power supply, and more particularly to a soft switching technique.
スイッチング電源のソフトスイッチング技術の従来の手段として、本出願人が考案した実用新案登録第2560208号がある。この考案は図3に示すような回路から構成されている。図3において、31aは1次巻線、32はスイッチ素子、31bは正帰還巻線、33はスナバコンデンサである。正帰還巻線31bに生じる電圧によってスイッチ素子32はオン・オフを繰り返す。正帰還巻線31bとスイッチ素子32の制御電極の間に直列に挿入されている34は可飽和インダクタである。可飽和インダクタ34はその両端にパルス電圧が加えられると、高インピーダンスを示すが、所定の時間がたつと飽和してショート状態に近い性質を示すので遅延回路素子として働く。 Utility model registration No. 2560208 devised by the present applicant is known as a conventional means of soft switching technology of a switching power supply. This device comprises a circuit as shown in FIG. In FIG. 3, 31a is a primary winding, 32 is a switch element, 31b is a positive feedback winding, and 33 is a snubber capacitor. The switch element 32 is repeatedly turned on and off by the voltage generated in the positive feedback winding 31b.
スイッチ素子32は、正帰還巻線31bの電圧とコンデンサ36の電圧の合成値がスイッチ素子32の制御電極のしきい値を超えたときにターンオンするが、スイッチ素子32がオフの間にコンデンサ36には制御電極側が正の電位になる電圧が充電されているため、正帰還巻線31bの電圧が図のドットマークを付した側が完全に正電位になる前に正帰還巻線31bの電圧とコンデンサ36の電圧の合成値がスイッチ素子の制御電極のしきい値を超える。 The switch element 32 is turned on when the combined value of the voltage of the positive feedback winding 31b and the voltage of the capacitor 36 exceeds the threshold value of the control electrode of the switch element 32, but the capacitor 36 is turned on while the switch element 32 is off. Is charged with a voltage at which the control electrode side has a positive potential, so that the voltage of the positive feedback winding 31b becomes equal to the voltage of the positive feedback winding 31b before the side with the dot mark in FIG. The composite value of the voltage of the capacitor 36 exceeds the threshold value of the control electrode of the switch element.
正帰還巻線31bの電圧波形は1次巻線31aの電圧波形と相似形であるが、スナバコンデンサ33と1次巻線31aの間に生じる共振によって、スナバコンデンサ33の電圧が最も低くなるのは、共振が始まってから半周期である。スナバコンデンサの電圧が最も低くなるときにスイッチ素子32がターンオンすれば、スナバコンデンサ33の電荷の放電によるロスが小さくなるので、スナバコンデンサ33の容量を大きくしても従来の方式のロスより小さくなり、かつ、容量を大きくすることによってスイッチングノイズを減らす効果が生まれる。 Although the voltage waveform of the positive feedback winding 31b is similar to the voltage waveform of the primary winding 31a, the voltage of the
一方、正帰還巻線31bの電圧とコンデンサ36の電圧の合成値は、スナバコンデンサの電圧が共振によって最も低くなる前にスイッチ素子32の制御電極のしきい値を超えている。そこで可飽和インダクタ34の遅延効果によって制御電極の電圧が、共振の半周期後にしきい値を超えるようにした。 On the other hand, the combined value of the voltage of the positive feedback winding 31b and the voltage of the capacitor 36 exceeds the threshold value of the control electrode of the switch element 32 before the snubber capacitor voltage becomes the lowest due to resonance. Therefore, the voltage of the control electrode is made to exceed the threshold value after a half period of resonance by the delay effect of the
これによってスイッチ素子32がターンオンするときに、スナバコンデンサ33の電圧が最も低くなっている。 As a result, when the switch element 32 is turned on, the voltage of the
図3の従来の方式の場合は、オフ期間にコンデンサ36に電圧が充電されるために、正帰還巻線31bの電圧がドットマーク側が正電位になる前に、合成値がしきい値を超える。もし、コンデンサ36がなければ、正帰還巻線の電圧がしきい値を超えるまでスイッチ素子32はターンオンしないので、可飽和インダクタ34による遅延がなくてもソフトスイッチが可能である。 In the case of the conventional method of FIG. 3, since the voltage is charged in the capacitor 36 during the off period, the combined value exceeds the threshold before the voltage of the positive feedback winding 31b becomes a positive potential on the dot mark side. . If the capacitor 36 is not provided, the switch element 32 is not turned on until the voltage of the positive feedback winding exceeds the threshold value, so that a soft switch is possible without a delay due to the
しかし、自励式スイッチング電源では、自励発振を開始させるために制御電極に何らかの方法で電圧を加えなければならないので、通常直流電源から抵抗を介して制御電極に電圧を加えている。その抵抗は起動抵抗と呼ばれ、起動のときだけ必要で起動後は電力の損失を抑えるために高い抵抗値が選ばれている。そのため、コンデンサ36が仮にショート状態であれば、起動抵抗によって制御電極に加える電流は抵抗35を介してグランドに流れてしまいしきい値に達しない。 However, in a self-excited switching power supply, a voltage must be applied to the control electrode by some method in order to start self-excited oscillation. Therefore, a voltage is usually applied from the DC power supply to the control electrode via a resistor. The resistor is called a starting resistor, and is required only at the time of starting, and a high resistance value is selected to suppress power loss after starting. Therefore, if the capacitor 36 is in a short state, the current applied to the control electrode by the starting resistor flows to the ground via the
本発明はコンデンサ36が起動時のみ働き、起動後はショート状態になることによって、従来の可飽和インダクタによる遅延がなくてもソフトスイッチングを可能にする手段を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide means for enabling soft switching even when there is no delay due to a conventional saturable inductor, because the capacitor 36 works only at the time of start-up and becomes short-circuited after the start-up.
上の目的を達成するために本発明は、1次巻線とそれに直列に接続された制御電極を有する第1のスイッチ素子と、自励発振用の正帰還巻線と、正帰還巻線と第1のスイッチ素子の制御電極の間に接続された抵抗と第1のコンデンサからなる直列回路と、スナバコンデンサを備えた自励式スイッチング電源装置において、正帰還巻線両端にダイオードと第2のコンデンサからなる直列回路を接続し、第1のコンデンサに並列に制御電極を有する第2のスイッチ素子を接続し、第2のコンデンサの電圧を第2のスイッチ素子の制御電極に加えた。 To achieve the above object, the present invention provides a first switching element having a primary winding and a control electrode connected in series thereto, a positive feedback winding for self-excited oscillation, a positive feedback winding, In a self-excited switching power supply device having a series circuit composed of a resistor and a first capacitor connected between control electrodes of a first switch element and a snubber capacitor, a diode and a second capacitor at both ends of a positive feedback winding A second switch element having a control electrode was connected in parallel to the first capacitor, and the voltage of the second capacitor was applied to the control electrode of the second switch element.
本発明では、第2のスイッチ素子を追加する必要はあるが可飽和インダクタを省略できるのでコスト面でメリットがある。また、可飽和インダクタが正帰還巻線と制御電極の間に直列に挿入されていることから起動しにくいという短所があったがその短所は解消された。 In the present invention, although it is necessary to add the second switch element, there is an advantage in terms of cost because the saturable inductor can be omitted. In addition, the saturable inductor was inserted in series between the positive feedback winding and the control electrode, so that it was difficult to start, but the disadvantage was eliminated.
図1は本発明の実施例を示す回路図である。図2は図1の各部の波形図である。 FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a waveform diagram of each part of FIG.
図1において、起動抵抗17を流れる電流によって第1のスイッチ素子12の制御電極の電圧が上昇する。発振前であるから第2のコンデンサ2の電圧はゼロで、第2のスイッチ素子3はオフ状態である。第1のスイッチ素子12はターンオンして発振が開始される。発振が開始されると第2のコンデンサ2の電圧が上昇し、第2のスイッチ素子3の制御電極のしきい値を超えると第2のスイッチ素子3はオン状態になり、コンデンサ15は働かなくなる。すなわち、第1のスイッチ素子12の制御電極と正帰還巻線11bの間には抵抗14だけが存在する。 In FIG. 1, the voltage of the control electrode of the
図2は上から正帰還巻線11bの電圧波形と第1のスイッチ素子12の電流波形と第1のスイッチ素子12の電圧波形を示している。
正帰還巻線の電圧が第1のスイッチ素子12の制御電極のしきい値に達するまで第1のスイッチ素子12はターンオンしないので、共振のほぼ半周期近くなってターンオンすることになるが、共振の半周期後はスナバコンデンサ13の電圧が最も低くなっているので、第1のスイッチ素子12がターンオンするときにスナバコンデンサ13の電荷の放電によるロスは小さくなる。FIG. 2 shows the voltage waveform of the positive feedback winding 11b, the current waveform of the
Since the
従来の可飽和インダクタに比べて安価で、かつ、形状が小さいため利用の可能性は高い。 Compared to conventional saturable inductors, it is cheaper and its shape is small, so the possibility of use is high.
1 ダイオード
2 第2のコンデンサ
3 第2のスイッチ素子
11 トランス
11a 1次巻線
11b 正帰還巻線
11c 2次巻線
12 第1のスイッチ素子
13 スナバコンデンサ
14 抵抗
15 第1のコンデンサ
16 直流電源
17 起動抵抗
18 ダイオード
19 コンデンサ
20 負荷
21 エラーアンプ
22 基準電圧源
31 スイッチングトランス
31a スイッチングトランスの1次巻線
31b スイッチングトランスの正帰還巻線
31c スイッチングトランスの2次巻線
32 スイッチングトランジスタ
33 スナバコンデンサ
34 可飽和インダクタ
35 抵抗
36 コンデンサ
37 直流電源
38 ダイオード
39 平滑コンデンサ
40 負荷抵抗
41 エラーアンプ
42 基準電圧源DESCRIPTION OF
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