JP5585408B2 - Switching power supply - Google Patents

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本発明は、1次側に入力された電圧を変圧して2次側から出力する動作モードと、2次側に入力された電圧を変圧して1次側から出力する動作モードとを有する、双方向動作が可能なスイッチング電源装置に関する。   The present invention has an operation mode in which the voltage input to the primary side is transformed and output from the secondary side, and an operation mode in which the voltage input to the secondary side is transformed and output from the primary side. The present invention relates to a switching power supply device capable of bidirectional operation.

近年、パワーエレクトロニクス技術の進歩を背景に、様々な電力貯蔵装置が開発されている。電力貯蔵装置は、例えば太陽光発電などの自然エネルギーを蓄積(充電)し、必要なときに、その蓄積されたエネルギーを放電して利用する用途などに用いられるものである。このような電力貯蔵装置には、一般に、電力の充放電を制御するコンバータ(スイッチング電源装置)が搭載されている。   In recent years, various power storage devices have been developed against the background of advances in power electronics technology. The power storage device is used for, for example, a purpose of accumulating (charging) natural energy such as photovoltaic power generation, and discharging and using the accumulated energy when necessary. Such a power storage device is generally equipped with a converter (switching power supply device) that controls charging and discharging of power.

従来、このようなコンバータは、充電用および放電用の2つの回路網から構成され、それらを切り換えることにより使用されてきた。しかし、近年、小型化や軽量化に対する要求から、充電と放電とを1つの回路網で実現可能なコンバータ(双方向コンバータ)が提案されている。例えば、特許文献1には、1次側に設けられたフルブリッジ回路と2次側に設けられたプッシュプル回路とから構成されたスイッチング電源装置が提案されている。このスイッチング電源装置では、降圧動作モード(充電モード)において、フルブリッジ回路が1次側に入力された直流電圧を交流電圧に変換し、トランスがその交流電圧を降圧し、プッシュプル回路が整流回路として機能することによりその交流電圧を整流し、インダクタを含んで構成された平滑回路がその電圧を平滑化して直流電圧を生成し、2次側に接続されたバッテリを充電する。一方、昇圧動作モード(放電モード)では、プッシュプル回路が2次側に入力された直流電圧を交流電圧に変換し、トランスがその交流電圧を昇圧し、フルブリッジ回路が整流回路として機能することによりその交流電圧を直流電圧に変換し、1次側に放電するように動作する。   Conventionally, such a converter is composed of two networks for charging and discharging, and has been used by switching between them. However, in recent years, converters (bidirectional converters) capable of realizing charging and discharging with one circuit network have been proposed due to demands for miniaturization and weight reduction. For example, Patent Document 1 proposes a switching power supply device configured by a full bridge circuit provided on the primary side and a push-pull circuit provided on the secondary side. In this switching power supply device, in the step-down operation mode (charging mode), the full bridge circuit converts the DC voltage input to the primary side into an AC voltage, the transformer steps down the AC voltage, and the push-pull circuit is a rectifier circuit. , The AC voltage is rectified, a smoothing circuit including an inductor smoothes the voltage to generate a DC voltage, and charges the battery connected to the secondary side. On the other hand, in the boost operation mode (discharge mode), the push-pull circuit converts the DC voltage input to the secondary side into an AC voltage, the transformer boosts the AC voltage, and the full bridge circuit functions as a rectifier circuit. Thus, the AC voltage is converted into a DC voltage, and the operation is performed to discharge to the primary side.

ところで、インダクタにおいて蓄積されたエネルギーを放出する様々な方法が開示されている。例えば、特許文献2には、抵抗、容量、ダイオードからなる回路網をインダクタに並列に接続し、インダクタに蓄積したエネルギーを消費させるスイッチング電源回路が開示されている。また、例えば、特許文献3には、1次側に設けられたインダクタに磁気結合した他のインダクタを、ダイオードを介して入力電源(1次側)に接続し、インダクタに蓄積したエネルギーを回生するプッシュプル型のコンバータが開示されている。また、例えば、特許文献4には、1次側に設けられたインダクタに磁気結合した他のインダクタを、ダイオードを介して出力電圧端子(2次側)に接続し、インダクタに蓄積したエネルギーを回生するプッシュプル型のDC−DCコンバータが開示されている。また、例えば、特許文献5には、スイッチング周波数をインダクタンスとキャパシタンスからなる共振周波数に近づけることで、インダクタに蓄積されるエネルギーを制御するDC−DCコンバータが開示されている。また、例えば、特許文献6には、インダクタにスイッチを並列接続した電気自動車用充電装置が開示されている。   By the way, various methods for discharging energy stored in an inductor have been disclosed. For example, Patent Document 2 discloses a switching power supply circuit in which a circuit network including a resistor, a capacitor, and a diode is connected in parallel to an inductor, and energy stored in the inductor is consumed. For example, in Patent Document 3, another inductor magnetically coupled to an inductor provided on the primary side is connected to an input power source (primary side) via a diode to regenerate energy stored in the inductor. A push-pull type converter is disclosed. Also, for example, in Patent Document 4, another inductor magnetically coupled to an inductor provided on the primary side is connected to the output voltage terminal (secondary side) via a diode to regenerate energy stored in the inductor. A push-pull type DC-DC converter is disclosed. For example, Patent Document 5 discloses a DC-DC converter that controls energy stored in an inductor by bringing a switching frequency close to a resonance frequency composed of an inductance and a capacitance. For example, Patent Document 6 discloses a charging device for an electric vehicle in which a switch is connected in parallel to an inductor.

特開2007−209084号公報JP 2007-209084 A 特開平1−311862号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-311862 特開昭62−68067号公報JP-A-62-68067 特開2005−204463号公報JP 2005-204463 A 特開2001−112253号公報JP 2001-112253 A 特開平8−65904号公報JP-A-8-65904

ところで、特許文献1に開示されたスイッチング電源装置において、昇圧動作モード(放電モード)では、例えば起動直後などにおいて、1次側の電圧が十分に高くなっていない場合には、プッシュプル回路の2つのスイッチを、同時にオフ状態になる期間を有するように交互にオンオフ制御することがある。このようにすることにより、例えば、1次側に大きな容量性負荷がある場合でも、確実に電荷を蓄積し、1次側の電圧を高くしていくことが可能となる。   By the way, in the switching power supply device disclosed in Patent Document 1, in the step-up operation mode (discharge mode), for example, immediately after startup, when the primary side voltage is not sufficiently high, 2 of the push-pull circuit. Two switches may be alternately turned on and off so as to have a period in which they are turned off at the same time. By doing so, for example, even when there is a large capacitive load on the primary side, it is possible to reliably accumulate charges and increase the voltage on the primary side.

しかしながら、このような動作をした場合には、これらの2つのスイッチが共にオフ状態になる期間において、平滑回路のインダクタに蓄積されたエネルギーに起因するサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、これらの2つのスイッチの耐圧を超え、スイッチを破壊してしまうおそれがある。   However, when such an operation is performed, a surge voltage due to the energy accumulated in the inductor of the smoothing circuit is generated during the period when both of these two switches are in the OFF state. This surge voltage exceeds the withstand voltage of these two switches and may destroy the switches.

このようなスイッチング電源装置において、このサージ電圧を低減するために、特許文献2〜5に開示された方法を適用した場合には、昇圧動作モード(放電モード)では所望の特性を得られるものの、降圧動作モード(充電モード)では様々な問題が生じるおそれがある。すなわち、特許文献2〜5に開示された方法は、全て双方向コンバータへの適用を想定したものではないため、双方向動作ができないおそれがある。例えば、特許文献2に開示された方法では、昇圧動作モード(放電モード)だけでなく降圧動作モード(充電モード)においても、ダイオードを介して電流が流れてしまうため、平滑回路としての機能が十分に果たせなくなるおそれがある。また、例えば、特許文献3,4に開示された方法では、昇圧動作モード(放電モード)だけでなく降圧動作モード(充電モード)においても、回生回路を介して電流が流れてしまうため、平滑化回路としての機能を十分に果たせなくなるおそれがある。   In such a switching power supply device, in order to reduce the surge voltage, when the methods disclosed in Patent Documents 2 to 5 are applied, although desired characteristics can be obtained in the boost operation mode (discharge mode), Various problems may occur in the step-down operation mode (charging mode). That is, the methods disclosed in Patent Documents 2 to 5 are not all intended to be applied to a bidirectional converter, and thus there is a possibility that bidirectional operation cannot be performed. For example, in the method disclosed in Patent Document 2, the current flows through the diode not only in the step-up operation mode (discharge mode) but also in the step-down operation mode (charge mode), so that the function as a smoothing circuit is sufficient. There is a risk that it will not be able to be fulfilled. Further, for example, in the methods disclosed in Patent Documents 3 and 4, current flows through the regeneration circuit not only in the step-up operation mode (discharge mode) but also in the step-down operation mode (charge mode). There is a possibility that the function as a circuit cannot be sufficiently performed.

また、特許文献6に開示された方法を適用した場合には、昇圧動作モード(放電モード)において、スイッチをオン状態にしても、スイッチのオン抵抗はゼロではないある値を持つため、インダクタにも電流が流れ、エネルギーが蓄積されてしまい、サージ電圧によりスイッチが破壊してしまうおそれがある。   Further, when the method disclosed in Patent Document 6 is applied, even if the switch is turned on in the boosting operation mode (discharge mode), the on-resistance of the switch has a certain value that is not zero. However, current flows, energy is accumulated, and the switch may be destroyed by a surge voltage.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、インダクタに起因するサージ電圧を低減することが可能な、双方向動作が可能なスイッチング電源装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of bidirectional operation capable of reducing a surge voltage caused by an inductor.

本発明のスイッチング電源装置は、供給された第1の直流電圧を降圧して第2の直流電圧を生成する降圧動作モードと、供給された第2の直流電圧を昇圧して第1の直流電圧を生成する昇圧動作モードとを有するものであり、トランスと、1次側スイッチング回路と、2次側スイッチング回路と、インダクタと、放出手段と、1または複数の放出スイッチとを備えている。トランスは、1次側巻線と2次側巻線とを有するものである。1次側スイッチング回路は、1次側巻線に接続され、降圧動作モードにおいて、スイッチング動作により第1の直流電圧を交流電圧に変換するものである。2次側スイッチング回路は、2次側巻線に接続され、昇圧動作モードにおいて、スイッチング動作により第2の直流電圧を交流電圧に変換するものである。インダクタは、2次側巻線に接続され、降圧動作モードにおいて、第2の直流電圧を生成するための平滑回路を構成するものである。放出手段は、インダクタに蓄積されたエネルギーを放出するものである。放出スイッチは、放出手段の放出動作を制御するためのものである。   The switching power supply according to the present invention includes a step-down operation mode in which the supplied first DC voltage is stepped down to generate a second DC voltage, and the supplied second DC voltage is stepped up to increase the first DC voltage. And includes a transformer, a primary side switching circuit, a secondary side switching circuit, an inductor, discharge means, and one or a plurality of discharge switches. The transformer has a primary winding and a secondary winding. The primary side switching circuit is connected to the primary side winding and converts the first DC voltage into an AC voltage by the switching operation in the step-down operation mode. The secondary side switching circuit is connected to the secondary side winding and converts the second DC voltage into an AC voltage by the switching operation in the step-up operation mode. The inductor is connected to the secondary winding and constitutes a smoothing circuit for generating the second DC voltage in the step-down operation mode. The discharging means discharges energy stored in the inductor. The discharge switch is for controlling the discharge operation of the discharge means.

本発明のスイッチング電源装置では、降圧動作モードにおいては、1次側スイッチング回路が第1の直流電圧を交流電圧に変換し、トランスがその交流電圧を降圧し、その降圧した交流電圧に基づいて、インダクタを含む平滑回路により第2の直流電圧が生成される。また、昇圧動作モードにおいては、2次側スイッチング回路が第2の直流電圧を交流電圧に変換し、インダクタおよびトランスがその交流電圧を昇圧し、その昇圧した交流電圧に基づいて第1の直流電圧が生成される。その際、インダクタに蓄積されたエネルギーは、放出スイッチをオン状態にすることにより放出手段に伝わり、インダクタから放出される。   In the switching power supply device of the present invention, in the step-down operation mode, the primary side switching circuit converts the first DC voltage into an AC voltage, the transformer steps down the AC voltage, and based on the stepped-down AC voltage, A second DC voltage is generated by a smoothing circuit including an inductor. In the step-up operation mode, the secondary side switching circuit converts the second DC voltage into an AC voltage, the inductor and the transformer boost the AC voltage, and the first DC voltage is based on the boosted AC voltage. Is generated. At that time, the energy stored in the inductor is transmitted to the discharge means by turning on the discharge switch, and is discharged from the inductor.

本発明のスイッチング電源装置では、放出手段は、エネルギーの消費手段にすることが望ましく、その消費手段は、例えば抵抗素子が好ましい。この場合、スイッチング電源装置は、例えば、インダクタの両端間に接続されたリセット回路をさらに備え、リセット回路は、リセット抵抗とリセット容量とを並列接続し、さらにダイオードを直列接続して構成され、抵抗素子および放出スイッチは、直列接続されるとともに、リセット抵抗およびリセット容量に並列接続されるようにしてもよい。また、例えば、放出スイッチは第1および第2の放出スイッチであり、第1および第2の放出スイッチならびに抵抗素子は、その第1および第2の放出スイッチがその抵抗素子を挟むように直列接続されるとともに、インダクタと並列接続されていてもよい。   In the switching power supply device of the present invention, it is desirable that the discharging means is an energy consuming means, and the consuming means is preferably a resistance element, for example. In this case, the switching power supply device further includes, for example, a reset circuit connected between both ends of the inductor, and the reset circuit is configured by connecting a reset resistor and a reset capacitor in parallel, and further connecting a diode in series, The element and the emission switch may be connected in series and may be connected in parallel to the reset resistor and the reset capacitor. Further, for example, the discharge switch is a first and second discharge switch, and the first and second discharge switches and the resistor element are connected in series so that the first and second discharge switches sandwich the resistor element. And may be connected in parallel with the inductor.

また、例えば、放出手段は、第1の電圧または第2の電圧にエネルギーを回生する回生手段であってもよい。   In addition, for example, the discharging unit may be a regenerating unit that regenerates energy to the first voltage or the second voltage.

例えば、2次側巻線は、第1および第2の2次側巻線を含み、2次側スイッチング回路は、第1および第2のスイッチング素子を含み、第1の2次側巻線の一端および第2の2次側巻線の一端は、互いに接続されるとともにインダクタに接続され、第1の2次側巻線の他端は第1のスイッチング素子に接続され、第2の2次側巻線の他端は第2のスイッチング素子に接続されていてもよい。   For example, the secondary winding includes first and second secondary windings, the secondary switching circuit includes first and second switching elements, and the first secondary winding One end and one end of the second secondary winding are connected to each other and to the inductor, and the other end of the first secondary winding is connected to the first switching element, and the second secondary winding The other end of the side winding may be connected to the second switching element.

例えば、スイッチング電源装置は、昇圧動作モードにおいて、1次側スイッチング回路をスイッチング動作することにより1次側巻線から供給される交流電圧を整流し、降圧動作モードにおいて、2次側スイッチング回路をスイッチング動作することにより2次側巻線から供給される交流電圧を整流するのが望ましい。また、例えば、1次側巻線に接続され、昇圧動作モードにおいて、1次側巻線から供給される交流電圧を整流する1次側整流回路と、2次側巻線に接続され、降圧動作モードにおいて、2次側巻線から供給される交流電圧を整流する2次側整流回路とをさらに備えていてもよい。   For example, the switching power supply device rectifies the AC voltage supplied from the primary winding by switching the primary side switching circuit in the step-up operation mode, and switches the secondary side switching circuit in the step-down operation mode. It is desirable to rectify the AC voltage supplied from the secondary winding by operating. In addition, for example, it is connected to the primary side winding, and in the step-up operation mode, it is connected to the primary side rectifier circuit that rectifies the AC voltage supplied from the primary side winding and the secondary side winding, and the step-down operation is performed. The mode may further include a secondary side rectifier circuit that rectifies an AC voltage supplied from the secondary side winding.

例えば、スイッチング電源装置は、1次側スイッチング回路、2次側スイッチング回路、および放出スイッチをオンオフ制御する制御部をさらに備え、制御部は、昇圧動作モードにおいて、第1の電圧が所定の電圧より低い場合には、第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子を、それぞれが同時にオフ状態になる期間を有するように交互にオンオフ制御し、第1の電圧が所定の電圧より高い場合には、第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子を、それぞれが同時にオン状態になる期間を有するように交互にオンオフ制御するのが望ましい。また、例えば、制御部は、昇圧動作モードにおいて、第1の電圧が所定の電圧より低い場合には、第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子がオン状態になる期間が徐々に長くなるように制御してもよい。また、例えば、制御部は、昇圧動作モードにおいて、第1の電圧が所定の電圧より低い場合には放出スイッチをオン状態にし、第1の電圧が所定の電圧より高い場合には放出スイッチをオフ状態にしてもよい。   For example, the switching power supply device further includes a primary side switching circuit, a secondary side switching circuit, and a control unit that controls on / off of the release switch, and the control unit has a first voltage higher than a predetermined voltage in the boost operation mode. When the first voltage is low, the first switching element and the second switching element are alternately turned on / off so that each of the first switching element and the second switching element are simultaneously turned off. When the first voltage is higher than a predetermined voltage, It is desirable to alternately turn on and off the first switching element and the second switching element so as to have a period in which the first switching element and the second switching element are simultaneously turned on. Further, for example, in the step-up operation mode, when the first voltage is lower than the predetermined voltage, the control unit gradually increases the period during which the first switching element and the second switching element are turned on. You may control to. In addition, for example, in the step-up operation mode, the control unit turns on the release switch when the first voltage is lower than the predetermined voltage, and turns off the release switch when the first voltage is higher than the predetermined voltage. It may be in a state.

本発明のスイッチング電源装置によれば、放出手段および放出スイッチを備えたので、インダクタに起因するサージ電圧を低減しつつ、双方向動作を行うことができる。   According to the switching power supply device of the present invention, since the discharge means and the discharge switch are provided, the bidirectional operation can be performed while reducing the surge voltage caused by the inductor.

本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置の一構成例を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the example of 1 structure of the switching power supply device which concerns on embodiment of this invention. 図1に示したスイッチング電源装置の降圧動作モードにおける一動作例を表すタイミング波形図である。FIG. 2 is a timing waveform diagram illustrating an operation example in a step-down operation mode of the switching power supply device illustrated in FIG. 1. 図1に示したスイッチング電源装置の降圧動作モードにおける動作の一状態を表す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating one state of operation in a step-down operation mode of the switching power supply device illustrated in FIG. 1. 図1に示したスイッチング電源装置の降圧動作モードにおける動作の他の状態を表す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating another state of operation in the step-down operation mode of the switching power supply device illustrated in FIG. 1. 図1に示したスイッチング電源装置の昇圧動作モードにおける一動作例を表すタイミング波形図である。FIG. 2 is a timing waveform diagram illustrating an operation example in a step-up operation mode of the switching power supply device illustrated in FIG. 1. 図1に示したスイッチング電源装置の昇圧動作モードにおける動作の一状態を表す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating one state of operation in a boosting operation mode of the switching power supply device illustrated in FIG. 1. 図1に示したスイッチング電源装置の昇圧動作モードにおける動作の他の状態を表す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating another state of operation in the boosting operation mode of the switching power supply device illustrated in FIG. 1. 図1に示したスイッチング電源装置の昇圧動作モードにおける動作の他の状態を表す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating another state of operation in the boosting operation mode of the switching power supply device illustrated in FIG. 1. 図1に示したスイッチング電源装置の昇圧動作モードにおける他の動作例を表すタイミング波形図である。FIG. 10 is a timing waveform diagram illustrating another operation example in the boosting operation mode of the switching power supply device illustrated in FIG. 1. 図1に示したスイッチング電源装置の第1起動期間における一動作例を表すタイミング波形図である。FIG. 3 is a timing waveform diagram illustrating an operation example in a first activation period of the switching power supply device illustrated in FIG. 1. 図1に示したスイッチング電源装置の第1起動期間における動作の一状態を表す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a state of an operation in a first activation period of the switching power supply device illustrated in FIG. 1. 実施の形態の比較例に係るスイッチング電源装置の起動期間における一動作例を表すタイミング波形図である。It is a timing waveform diagram showing an example of an operation in the starting period of the switching power supply according to the comparative example of the embodiment. 変形例に係るスイッチング電源装置の一構成例を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the example of 1 structure of the switching power supply device which concerns on a modification. 変形例に係るスイッチング電源装置の昇圧動作モードにおける一動作例を表すタイミング波形図である。It is a timing waveform diagram showing an operation example in the step-up operation mode of the switching power supply according to the modification. 変形例に係るスイッチング電源装置の昇圧動作モードにおける動作の一状態を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the one state of operation | movement in the pressure | voltage rise operation mode of the switching power supply device which concerns on a modification. 変形例に係るスイッチング電源装置の昇圧動作モードにおける動作の他の状態を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the other state of operation | movement in the pressure | voltage rise operation mode of the switching power supply device which concerns on a modification. 変形例に係るスイッチング電源装置の他の構成例を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the other structural example of the switching power supply device which concerns on a modification. 変形例に係るスイッチング電源装置の他の構成例を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the other structural example of the switching power supply device which concerns on a modification.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[構成例]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るスイッチング電源装置の一構成例を表すものである。スイッチング電源装置1は、双方向動作が可能な電源装置である。すなわち、スイッチング電源装置1は、例えば、端子(入出力端子)T1,T2に接続された外部電源から直流電圧VHが入力された場合には、その電圧を降圧することにより直流電圧VLを生成し、端子(入出力端子)T3,T4を介して、接続されたバッテリBLへ供給する(以下、降圧動作モード、もしくは充電モードという)。また、スイッチング電源装置1は、例えば、端子T1,T2に接続された負荷に電力を供給する場合には、バッテリBLから供給された直流電圧VLを昇圧することにより直流電圧VHを生成し、端子T1,T2を介して、その負荷を駆動する(以下、昇圧動作モード、もしくは放電モードという)。なお、この例では、直流電圧VHは、350V程度の電圧であり、直流電圧VLは、50V程度の電圧である。ただし、直流電圧VH,VLは、この電圧に限定されるものではなく、後述する通常動作期間において直流電圧VHが直流電圧VLより高いものであればどのような値であってもよい。
[Configuration example]
FIG. 1 shows a configuration example of a switching power supply device according to the first embodiment of the present invention. The switching power supply device 1 is a power supply device capable of bidirectional operation. That is, for example, when the DC voltage VH is input from an external power source connected to the terminals (input / output terminals) T1 and T2, the switching power supply device 1 generates the DC voltage VL by stepping down the voltage. The battery BL is supplied to the connected battery BL via terminals (input / output terminals) T3 and T4 (hereinafter referred to as a step-down operation mode or a charging mode). Further, for example, when supplying power to a load connected to the terminals T1 and T2, the switching power supply device 1 generates the DC voltage VH by boosting the DC voltage VL supplied from the battery BL, and the terminal The load is driven through T1 and T2 (hereinafter referred to as a boosting operation mode or a discharge mode). In this example, the DC voltage VH is a voltage of about 350V, and the DC voltage VL is a voltage of about 50V. However, the DC voltages VH and VL are not limited to these voltages, and may be any value as long as the DC voltage VH is higher than the DC voltage VL during a normal operation period described later.

このスイッチング電源装置1は、平滑コンデンサCHと、スイッチング回路10,20と、トランス30と、インダクタLchと、平滑コンデンサCLと、リセット回路50と、放出回路60と、制御部73と、SW駆動部74とを備えている。   The switching power supply 1 includes a smoothing capacitor CH, switching circuits 10 and 20, a transformer 30, an inductor Lch, a smoothing capacitor CL, a reset circuit 50, a discharge circuit 60, a control unit 73, and a SW drive unit. 74.

平滑コンデンサCHは、端子T1に接続された1次側高圧ラインL1Hと端子T2に接続された1次側低圧ラインL1Lとの間に配置されており、外部から端子T1,T2間に入力された電圧を平滑化するためのものである。   The smoothing capacitor CH is disposed between the primary high-voltage line L1H connected to the terminal T1 and the primary low-voltage line L1L connected to the terminal T2, and is input between the terminals T1 and T2 from the outside. This is for smoothing the voltage.

スイッチング回路10は、降圧動作モードでは、外部から供給される直流電圧VHを交流電圧に変換するフルブリッジ型のスイッチング回路として機能し、昇圧動作モードでは、トランス30から供給される交流電圧を整流する整流回路として機能するものである。このスイッチング回路10は、スイッチング素子SW11〜SW14と、容量素子Cr11〜Cr14とを有している。   The switching circuit 10 functions as a full-bridge switching circuit that converts an externally supplied DC voltage VH into an AC voltage in the step-down operation mode, and rectifies the AC voltage supplied from the transformer 30 in the step-up operation mode. It functions as a rectifier circuit. The switching circuit 10 includes switching elements SW11 to SW14 and capacitive elements Cr11 to Cr14.

スイッチング素子SW11〜SW14は、例えば、MOS−FET(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの素子が使用可能である。この例では、スイッチング素子SW11〜SW14は、全てNチャネルのMOS−FETにより構成されている。スイッチング素子SW11のゲートにはSW制御信号S11が供給され、ソースがスイッチング素子SW12のドレインに接続され、ドレインが1次側高圧ラインL1Hに接続されている。また、スイッチング素子SW12のゲートにはSW制御信号S12が供給され、ソースが1次側低圧ラインL1Lに接続され、ドレインがスイッチング素子SW11のソースに接続されている。また、スイッチング素子SW13のゲートにはSW制御信号S13が供給され、ソースがスイッチング素子SW14のドレインに接続され、ドレインが1次側高圧ラインL1Hに接続されている。また、スイッチング素子SW14のゲートにはSW制御信号S14が供給され、ソースが1次側低圧ラインL1Lに接続され、ドレインがスイッチング素子SW13のソースに接続されている。また、スイッチング素子SW11のソースおよびスイッチング素子SW12のドレインは、後述する共振用インダクタLrを介して後述するトランス30の1次側巻線31(後述)の一端に接続されている。また、スイッチング素子SW13のソースおよびスイッチング素子SW14のドレインは、この1次側巻線31(後述)の他端に接続されている。スイッチング素子SW11〜SW14は、この例では、それぞれボディダイオード(後述するダイオードD11〜D14)を有している。ボディダイオードは、アノードがスイッチング素子のソースに接続され、カソードがスイッチング素子のドレインに接続されている。   As the switching elements SW11 to SW14, for example, elements such as a MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor) and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be used. In this example, the switching elements SW11 to SW14 are all configured by N-channel MOS-FETs. A SW control signal S11 is supplied to the gate of the switching element SW11, the source is connected to the drain of the switching element SW12, and the drain is connected to the primary side high-voltage line L1H. Further, the SW control signal S12 is supplied to the gate of the switching element SW12, the source is connected to the primary side low-voltage line L1L, and the drain is connected to the source of the switching element SW11. Further, the SW control signal S13 is supplied to the gate of the switching element SW13, the source is connected to the drain of the switching element SW14, and the drain is connected to the primary side high-voltage line L1H. Further, the SW control signal S14 is supplied to the gate of the switching element SW14, the source is connected to the primary side low-voltage line L1L, and the drain is connected to the source of the switching element SW13. The source of the switching element SW11 and the drain of the switching element SW12 are connected to one end of a primary winding 31 (described later) of a transformer 30 described later via a resonance inductor Lr described later. The source of the switching element SW13 and the drain of the switching element SW14 are connected to the other end of the primary side winding 31 (described later). In this example, the switching elements SW11 to SW14 have body diodes (diodes D11 to D14 described later), respectively. The body diode has an anode connected to the source of the switching element and a cathode connected to the drain of the switching element.

容量素子Cr11〜Cr14は、スイッチング素子SW11〜SW14のドレイン・ソース間にそれぞれ挿入されている。具体的には、容量素子Cr11は、スイッチング素子SW11のドレイン・ソース間に挿入され、容量素子Cr12は、スイッチング素子SW12のドレイン・ソース間に挿入され、容量素子Cr13は、スイッチング素子SW13のドレイン・ソース間に挿入され、容量素子Cr14は、スイッチング素子SW14のドレイン・ソース間に挿入されている。容量素子Cr11〜Cr14は、後述する共振用インダクタLrおよびトランス30のリーケージインダクタとで部分共振回路を形成するためのものである。   Capacitance elements Cr11 to Cr14 are inserted between the drains and sources of the switching elements SW11 to SW14, respectively. Specifically, the capacitive element Cr11 is inserted between the drain and source of the switching element SW11, the capacitive element Cr12 is inserted between the drain and source of the switching element SW12, and the capacitive element Cr13 is inserted between the drain and source of the switching element SW13. The capacitive element Cr14 is inserted between the sources, and the capacitive element Cr14 is inserted between the drain and source of the switching element SW14. Capacitance elements Cr11 to Cr14 are for forming a partial resonance circuit with a resonance inductor Lr, which will be described later, and a leakage inductor of the transformer 30.

この構成により、スイッチング回路10では、降圧動作モードでは、SW駆動部74(後述)から供給されるSW制御信号S11〜S14に応じてスイッチング素子SW11〜SW14をオンオフ制御することにより、外部から供給される直流電圧VHを交流電圧に変換する。このとき、容量素子Cr11〜Cr14、共振用インダクタLr、およびトランス30のリーケージインダクタからなる部分共振回路により、いわゆるZVS(Zero Volt Switching)動作を実現することができ、スイッチング損失の低減により高効率化を図ることができる。また、昇圧動作モードでは、スイッチング素子SW11〜SW14をオフ状態に設定し、ボディダイオードを整流素子として用いることにより、トランス30から供給される交流電圧を整流するようになっている。   With this configuration, in the switching circuit 10, in the step-down operation mode, the switching elements SW11 to SW14 are turned on and off in accordance with SW control signals S11 to S14 supplied from the SW drive unit 74 (described later), and supplied from the outside. DC voltage VH is converted to AC voltage. At this time, a so-called ZVS (Zero Volt Switching) operation can be realized by the partial resonance circuit including the capacitive elements Cr11 to Cr14, the resonance inductor Lr, and the leakage inductor of the transformer 30, and the efficiency is improved by reducing the switching loss. Can be achieved. In the step-up operation mode, the switching elements SW11 to SW14 are set in an off state, and the body diode is used as a rectifying element, so that the AC voltage supplied from the transformer 30 is rectified.

スイッチング回路10とトランス30の間には共振用インダクタLrが挿入されている。共振用インダクタLrは、容量素子Cr11〜Cr14、およびトランス30のリーケージインダクタと共に所定のLC共振回路を構成するためのものである。   A resonance inductor Lr is inserted between the switching circuit 10 and the transformer 30. The resonance inductor Lr is for configuring a predetermined LC resonance circuit together with the capacitive elements Cr11 to Cr14 and the leakage inductor of the transformer 30.

スイッチング回路20は、昇圧動作モードでは、バッテリBLから供給される直流電圧VLを交流電圧に変換するプッシュプル型のスイッチング回路として機能し、降圧動作モードでは、トランス30から供給される交流電圧を整流する整流回路として機能するものである。このスイッチング回路20は、スイッチング素子SW21,SW22を有している。   The switching circuit 20 functions as a push-pull type switching circuit that converts the DC voltage VL supplied from the battery BL into an AC voltage in the step-up operation mode, and rectifies the AC voltage supplied from the transformer 30 in the step-down operation mode. It functions as a rectifier circuit. The switching circuit 20 includes switching elements SW21 and SW22.

スイッチング素子SW21,SW22は、スイッチング回路10のスイッチング素子SW11〜SW14と同様に、例えば、MOS−FETやIGBTなどの素子が使用可能である。この例では、スイッチング素子SW21,SW22は、NチャネルのMOS−FETにより構成されている。スイッチング素子SW21のゲートにはSW制御信号S21が供給され、ソースが2次側低圧ラインL2Lに接続され、ドレインがトランス30の2次側巻線32B(後述)の一端に接続されている。また、スイッチング素子SW22のゲートにはSW制御信号S22が供給され、ソースが2次側低圧ラインL2Lに接続され、ドレインがトランス30の2次側巻線32A(後述)の一端に接続されている。スイッチング素子SW21,SW22は、この例では、それぞれボディダイオード(後述するダイオードD21,D22)を有している。ボディダイオードは、アノードがスイッチング素子のソースに接続され、カソードがスイッチング素子のドレインに接続されている。   As the switching elements SW21 and SW22, for example, elements such as MOS-FETs and IGBTs can be used in the same manner as the switching elements SW11 to SW14 of the switching circuit 10. In this example, the switching elements SW21 and SW22 are configured by N-channel MOS-FETs. The SW control signal S21 is supplied to the gate of the switching element SW21, the source is connected to the secondary low-voltage line L2L, and the drain is connected to one end of the secondary winding 32B (described later) of the transformer 30. Further, the SW control signal S22 is supplied to the gate of the switching element SW22, the source is connected to the secondary low voltage line L2L, and the drain is connected to one end of the secondary winding 32A (described later) of the transformer 30. . In this example, the switching elements SW21 and SW22 each have a body diode (diodes D21 and D22 described later). The body diode has an anode connected to the source of the switching element and a cathode connected to the drain of the switching element.

この構成により、スイッチング回路20では、昇圧動作モードでは、SW駆動部74(後述)から供給されるSW制御信号S21,S22に応じてスイッチング素子SW21,SW22をオンオフ制御することにより、バッテリBLから供給される直流電圧VLを交流電圧に変換する。また、降圧動作モードでは、スイッチング素子SW21,SW22をオフ状態に設定し、ボディダイオードを整流素子として用いることにより、トランス30から供給される交流電圧を整流するようになっている。   With this configuration, the switching circuit 20 is supplied from the battery BL in the step-up operation mode by performing on / off control of the switching elements SW21 and SW22 according to SW control signals S21 and S22 supplied from the SW drive unit 74 (described later). The direct current voltage VL is converted into an alternating voltage. In the step-down operation mode, the switching elements SW21 and SW22 are set to an off state, and the body diode is used as a rectifying element, so that the AC voltage supplied from the transformer 30 is rectified.

トランス30は、1次側と2次側とを直流的に絶縁するとともに交流的に接続するものであり、1次側巻線31および2次側巻線32A,32Bを含んで構成された3巻線型のトランスである。1次側巻線31は、上述したようにスイッチング回路10に接続されている。また、2次側巻線32Aの一端は、スイッチング回路20のスイッチング素子SW22のドレインに接続され、2次側巻線32Bの一端は、スイッチング回路20のスイッチング素子SW21のドレインに接続されている。そして、2次側巻線32A,32Bの他端同士はセンタタップCTで互いに接続され、さらに2次側高圧ラインL2に接続されている。ここで、1次側巻線31の巻数はn1(n1は整数)であり、2次側巻線32A,32Bの巻数はn2(n2は整数)である。すなわち、1次側巻線31と2次側巻線32Aとの巻数比、および1次側巻線31と2次側巻線32Bとの巻数比は、それぞれn(=n1/n2):1に設定される。この例では、nは、例えば6である。   The transformer 30 insulates the primary side and the secondary side in a DC manner and connects them in an AC manner, and includes a primary side winding 31 and secondary side windings 32A and 32B. It is a winding type transformer. The primary winding 31 is connected to the switching circuit 10 as described above. One end of the secondary winding 32A is connected to the drain of the switching element SW22 of the switching circuit 20, and one end of the secondary winding 32B is connected to the drain of the switching element SW21 of the switching circuit 20. The other ends of the secondary windings 32A and 32B are connected to each other by a center tap CT and further connected to the secondary high voltage line L2. Here, the number of turns of the primary winding 31 is n1 (n1 is an integer), and the number of turns of the secondary windings 32A and 32B is n2 (n2 is an integer). That is, the turns ratio between the primary winding 31 and the secondary winding 32A and the turns ratio between the primary winding 31 and the secondary winding 32B are n (= n1 / n2): 1, respectively. Set to In this example, n is 6, for example.

この構成により、トランス30は、降圧動作モードでは、1次側巻線31の両端間に供給された交流電圧を1/n倍に降圧し、2次側巻線32A,32Bから出力するようになっている。また、昇圧動作モードでは、トランス30は、2次側巻線32A,32Bに供給された交流電圧を約n倍に昇圧し、1次側巻線31から出力するようになっている。   With this configuration, in the step-down operation mode, the transformer 30 steps down the AC voltage supplied between both ends of the primary side winding 31 by 1 / n times and outputs it from the secondary side windings 32A and 32B. It has become. In the step-up operation mode, the transformer 30 boosts the AC voltage supplied to the secondary side windings 32 </ b> A and 32 </ b> B by about n times and outputs the boosted voltage from the primary side winding 31.

インダクタLchは、2次側高圧ラインL2と2次側高圧ラインL2Hとの間に挿入配置されており、その一端はトランス30のセンタタップCTに接続され、他端は端子T3に接続されている。   The inductor Lch is inserted and disposed between the secondary high-voltage line L2 and the secondary high-voltage line L2H. One end of the inductor Lch is connected to the center tap CT of the transformer 30 and the other end is connected to the terminal T3. .

平滑コンデンサCLは、端子T3に接続された2次側高圧ラインL2Hと端子T4に接続された2次側低圧ラインL2Lとの間に配置されている。   The smoothing capacitor CL is disposed between the secondary high voltage line L2H connected to the terminal T3 and the secondary low voltage line L2L connected to the terminal T4.

この構成により、インダクタLchおよび平滑コンデンサCLは、降圧動作モードでは、トランス30およびスイッチング回路20から供給された電圧を平滑化する平滑回路(低域通過フィルタLPF:Low Pass Filter)として機能する。すなわち、インダクタLchは、チョークコイルとして機能する。一方、昇圧動作モードでは、平滑コンデンサCLは、バッテリBLから端子T3,T4間に供給された電圧VLを平滑化し、インダクタLchは、スイッチング回路20のスイッチング動作に基づいてエネルギーを蓄積し、その電圧VLを昇圧して、トランス30の2次側巻線32A,32Bに供給するようになっている。   With this configuration, the inductor Lch and the smoothing capacitor CL function as a smoothing circuit (low-pass filter LPF) that smoothes the voltage supplied from the transformer 30 and the switching circuit 20 in the step-down operation mode. That is, the inductor Lch functions as a choke coil. On the other hand, in the step-up operation mode, the smoothing capacitor CL smoothes the voltage VL supplied from the battery BL between the terminals T3 and T4, and the inductor Lch accumulates energy based on the switching operation of the switching circuit 20, and the voltage The voltage VL is boosted and supplied to the secondary windings 32A and 32B of the transformer 30.

リセット回路50は、スイッチング回路20およびトランス30からなるプッシュプル回路の寄生インダクタに蓄積されたエネルギーをリセットするためのRCDスナバ回路である。リセット回路50は、インダクタLchに並列に接続されている。   The reset circuit 50 is an RCD snubber circuit for resetting energy stored in the parasitic inductor of the push-pull circuit including the switching circuit 20 and the transformer 30. The reset circuit 50 is connected in parallel to the inductor Lch.

リセット回路50は、抵抗素子Rsと、容量素子Csと、ダイオードDsとを有している。抵抗素子Rsと容量素子Csとは互いに並列接続されている。その並列接続された抵抗素子Rsおよび容量素子Csの一端は、ダイオードDsのカソード端子と接続されている。ダイオードDsのアノード端子はインダクタLchの一端と接続され、並列接続された抵抗素子Rsおよび容量素子Csの他端はインダクタLchの他端に接続されている。   The reset circuit 50 includes a resistance element Rs, a capacitance element Cs, and a diode Ds. The resistive element Rs and the capacitive element Cs are connected in parallel to each other. One end of the resistor element Rs and the capacitor element Cs connected in parallel is connected to the cathode terminal of the diode Ds. The anode terminal of the diode Ds is connected to one end of the inductor Lch, and the other end of the resistor element Rs and the capacitive element Cs connected in parallel is connected to the other end of the inductor Lch.

抵抗素子Rsおよび容量素子Csのインピーダンスは、プッシュプル回路の寄生インダクタに蓄積されたエネルギーをリセットできるような所定の値に設定される。すなわち、インピーダンスがその所定の値よりも小さい場合には、昇圧動作モードにおいて、リセット回路50は、プッシュプル回路の寄生インダクタだけでなく、インダクタLchに蓄積されたエネルギーをもリセットしてしまうため、十分に昇圧できなくなるおそれがある。また、降圧動作モードにおいては、リセット回路50に電流が流れてしまうため、トランス30およびスイッチング回路20から供給された電圧を十分に平滑化できないおそれがある。よって、抵抗素子Rsの抵抗値および容量素子Csの容量値は、これらを考慮して設定される。   The impedances of the resistance element Rs and the capacitance element Cs are set to predetermined values that can reset the energy accumulated in the parasitic inductor of the push-pull circuit. That is, when the impedance is smaller than the predetermined value, in the boosting operation mode, the reset circuit 50 resets not only the parasitic inductor of the push-pull circuit but also the energy accumulated in the inductor Lch. There is a risk that the pressure cannot be increased sufficiently. Further, in the step-down operation mode, a current flows through the reset circuit 50, so that the voltage supplied from the transformer 30 and the switching circuit 20 may not be sufficiently smoothed. Therefore, the resistance value of the resistance element Rs and the capacitance value of the capacitance element Cs are set in consideration of these.

放出回路60は、昇圧動作モードにおいて、インダクタLchに蓄積されたエネルギーをリセットするための回路である。具体的には、後述するように、放出回路60は、昇圧動作モードにおいて、端子T1,T2間の電圧を所望の値まで高めていく過程のうちの所定の期間(後述する第1起動期間P1)において、インダクタLchに蓄積されたエネルギーを取り出して消費するものである。放出回路60は、リセット回路50の抵抗素子Rsおよび容量素子Csと並列に接続されている。   The emission circuit 60 is a circuit for resetting the energy accumulated in the inductor Lch in the step-up operation mode. Specifically, as will be described later, the emission circuit 60 has a predetermined period (first activation period P1 described later) in the process of increasing the voltage between the terminals T1 and T2 to a desired value in the boosting operation mode. ), The energy stored in the inductor Lch is extracted and consumed. The emission circuit 60 is connected in parallel with the resistance element Rs and the capacitance element Cs of the reset circuit 50.

放出回路60は、抵抗素子Rpと、スイッチング素子SW23とを有している。抵抗素子Rpは、例えば、個別に設けられた抵抗部品や、抵抗成分を有する接続配線などを用いることができる。スイッチング素子SW23は、スイッチング回路10,20のスイッチング素子SW11〜SW14,SW21,SW22と同様に、例えば、MOS−FETやIGBTなどの素子が使用可能である。この例では、スイッチング素子SW23は、NチャネルのMOS−FETにより構成されている。放出回路60において、スイッチング素子SW23のゲートにはSW制御信号S23が供給され、ソースがリセット回路50の抵抗素子Rsおよび容量素子Csの一端に接続され、ドレインが抵抗素子Rpの一端に接続されている。抵抗素子Rpの他端は、リセット回路50の抵抗素子Rsおよび容量素子Csの他端に接続されている。すなわち、抵抗素子Rpとスイッチング素子SW23とは直列に接続されている。スイッチング素子SW23は、この例では、それぞれボディダイオードを有している。ボディダイオードは、アノードがスイッチング素子SW23のソースに接続され、カソードがスイッチング素子SW23のドレインに接続されている。このボディダイオードの向きは、リセット回路50のダイオードDs、抵抗素子Rpおよびスイッチング素子SW23からなる直列回路において、ダイオードDsの向きと反対になっている。これにより、スイッチング素子SW23がオフ状態の場合には、インダクタLchの両端間がいかなる電圧であっても、抵抗素子Rpを介して電流が流れないようになっている。   The emission circuit 60 includes a resistance element Rp and a switching element SW23. As the resistance element Rp, for example, individually provided resistance components, connection wiring having a resistance component, or the like can be used. As the switching element SW23, for example, an element such as a MOS-FET or IGBT can be used in the same manner as the switching elements SW11 to SW14, SW21, and SW22 of the switching circuits 10 and 20. In this example, the switching element SW23 is configured by an N-channel MOS-FET. In the emission circuit 60, the SW control signal S23 is supplied to the gate of the switching element SW23, the source is connected to one end of the resistance element Rs and the capacitance element Cs of the reset circuit 50, and the drain is connected to one end of the resistance element Rp. Yes. The other end of the resistor element Rp is connected to the other end of the resistor element Rs and the capacitor element Cs of the reset circuit 50. That is, the resistance element Rp and the switching element SW23 are connected in series. In this example, the switching element SW23 has a body diode. The body diode has an anode connected to the source of the switching element SW23 and a cathode connected to the drain of the switching element SW23. The direction of the body diode is opposite to the direction of the diode Ds in the series circuit including the diode Ds, the resistance element Rp, and the switching element SW23 of the reset circuit 50. As a result, when the switching element SW23 is in the OFF state, no current flows through the resistance element Rp regardless of the voltage across the inductor Lch.

この構成により、放出回路60は、後述するように、昇圧動作モードにおける第1起動期間P1(後述)において、SW駆動部74(後述)から供給されるSW制御信号S23に応じてスイッチング素子SW23をオン状態にすることにより、インダクタLchに蓄積されたエネルギーをリセットするようになっている。また、昇圧動作モードにおけるその他の期間、および降圧動作モードでは、SW駆動部74(後述)から供給されるSW制御信号S23に応じてスイッチング素子SW23をオフ状態にすることにより、インダクタLchはエネルギーを蓄積し、その本来の動作を行うようになっている。   With this configuration, as will be described later, in the first activation period P1 (described later) in the boosting operation mode, the emission circuit 60 sets the switching element SW23 according to the SW control signal S23 supplied from the SW drive unit 74 (described later). The energy stored in the inductor Lch is reset by turning it on. Further, in other periods in the step-up operation mode and in the step-down operation mode, the inductor Lch supplies energy by turning off the switching element SW23 according to the SW control signal S23 supplied from the SW drive unit 74 (described later). Accumulate and perform its original operation.

制御部73は、降圧動作モードにおいては端子T3,T4間の電圧VLが所定の電圧を保つように、そして、昇圧動作モードにおいては端子T1,T2間の電圧VHが所定の電圧を保つように、スイッチング素子SW11〜SW14,SW21,SW22を制御するための指示をSW駆動部74に対して供給するものである。また、制御部73は、昇圧動作モードにおける第1起動期間P1(後述)において、放出回路60のスイッチング素子SW23がオン状態になるように、SW駆動部74に対して指示する機能も有している。   The controller 73 keeps the voltage VL between the terminals T3 and T4 at a predetermined voltage in the step-down operation mode, and keeps the voltage VH between the terminals T1 and T2 at a predetermined voltage in the step-up operation mode. An instruction for controlling the switching elements SW11 to SW14, SW21, and SW22 is supplied to the SW drive unit 74. The control unit 73 also has a function of instructing the SW drive unit 74 to turn on the switching element SW23 of the emission circuit 60 in a first activation period P1 (described later) in the boost operation mode. Yes.

SW駆動部74は、制御部73からの指示に基づいて、SW制御信号S11〜S14を生成してスイッチング素子SW11〜SW14に対して供給し、SW制御信号S21,S22を生成してスイッチング素子SW21,SW22に対して供給し、SW制御信号S23を生成してスイッチング素子SW23に対して供給することにより、これらをオンオフ制御するように駆動するものである。   The SW drive unit 74 generates SW control signals S11 to S14 based on an instruction from the control unit 73, supplies the SW control signals S11 to S14 to the switching elements SW11 to SW14, generates SW control signals S21 and S22, and switches the switching element SW21. , SW22, and a SW control signal S23 is generated and supplied to the switching element SW23, thereby driving them to be on / off controlled.

スイッチング電源装置1では、端子T1,T2間の電圧VHを検出するために、1次側高圧ラインL1Hと1次側低圧ラインL1Lとの間に電圧検出回路71が挿入されている。また、端子T3,T4間の電圧VLを検出するために、2次側高圧ラインL2Hと2次側低圧ラインL2Lとの間に電圧検出回路72が挿入されている。   In the switching power supply device 1, in order to detect the voltage VH between the terminals T1 and T2, a voltage detection circuit 71 is inserted between the primary high voltage line L1H and the primary low voltage line L1L. Further, in order to detect the voltage VL between the terminals T3 and T4, a voltage detection circuit 72 is inserted between the secondary high voltage line L2H and the secondary low voltage line L2L.

この構成により、制御部73は、電圧検出回路71,72における検出結果に基づいてSW駆動部74に対して指示を行い、SW駆動部74が制御部73からの指示に基づいてスイッチング素子SW11〜SW14,SW21〜SW23を駆動するようになっている。   With this configuration, the control unit 73 issues an instruction to the SW drive unit 74 based on the detection results in the voltage detection circuits 71 and 72, and the SW drive unit 74 performs switching elements SW <b> 11- SW14, SW21 to SW23 are driven.

ここで、直流電圧VHは、本発明における「第1の直流電圧」の一具体例に対応する。直流電圧VLは、本発明における「第2の直流電圧」の一具体例に対応する。スイッチング回路10は、本発明における「1次側スイッチング回路」の一具体例に対応する。スイッチング回路20は、本発明における「2次側スイッチング回路」の一具体例に対応する。抵抗素子Rpは、本発明における「放出手段」の一具体例に対応する。スイッチング素子SW23は、本発明における「放出スイッチ」の一具体例に対応する。抵抗素子Rsは、本発明における「リセット抵抗」の一具体例に対応する。容量素子Csは、本発明における「リセット容量」の一具体例に対応する。2次側巻線32A,32Bは、本発明における「第1および第2の2次側巻線」の一具体例に対応する。スイッチング素子SW21,SW22は、本発明における「第1および第2のスイッチング素子」の一具体例に対応する。   Here, the DC voltage VH corresponds to a specific example of “first DC voltage” in the present invention. The DC voltage VL corresponds to a specific example of “second DC voltage” in the present invention. The switching circuit 10 corresponds to a specific example of “primary side switching circuit” in the present invention. The switching circuit 20 corresponds to a specific example of “secondary side switching circuit” in the present invention. The resistance element Rp corresponds to a specific example of “emission means” in the present invention. The switching element SW23 corresponds to a specific example of “a release switch” in the invention. The resistance element Rs corresponds to a specific example of “reset resistance” in the present invention. The capacitive element Cs corresponds to a specific example of “reset capacitor” in the present invention. Secondary windings 32A and 32B correspond to a specific example of “first and second secondary windings” in the present invention. The switching elements SW21 and SW22 correspond to a specific example of “first and second switching elements” in the present invention.

[動作および作用]
続いて、本実施の形態のスイッチング電源装置1の動作および作用について説明する。
[Operation and Action]
Next, the operation and action of the switching power supply device 1 of the present embodiment will be described.

(降圧動作モードにおける定常動作)
まず最初に、図1を参照して、降圧動作モード(充電モード)におけるスイッチング電源装置1の動作を説明する。
(Steady operation in step-down operation mode)
First, the operation of the switching power supply device 1 in the step-down operation mode (charging mode) will be described with reference to FIG.

降圧動作モードでは、スイッチング電源装置1は、外部電源BHから端子T1,T2に供給された直流電圧VHを降圧し、その降圧した直流電圧VLを端子T3,T4から出力し、接続されたバッテリBLを充電する。   In the step-down operation mode, the switching power supply 1 steps down the DC voltage VH supplied from the external power supply BH to the terminals T1 and T2, outputs the stepped down DC voltage VL from the terminals T3 and T4, and is connected to the connected battery BL. To charge.

具体的には、スイッチング回路10は、スイッチング素子SW11〜SW14をスイッチングすることにより、直流電圧VHを交流電圧に変換し、トランス30の1次側巻線31の両端間に供給する。そしてトランス30は、この交流電圧を1/n倍に変圧(降圧)し、2次側巻線32A,32Bから変圧された交流電圧を出力する。スイッチング回路20は、降圧動作モードにおいては整流回路として機能し、この交流電圧を整流する。インダクタLchおよび平滑コンデンサCLは、降圧動作モードにおいては平滑回路として機能し、この整流された信号を平滑化し、直流電圧VLを生成する。   Specifically, the switching circuit 10 converts the DC voltage VH into an AC voltage by switching the switching elements SW <b> 11 to SW <b> 14 and supplies the AC voltage between both ends of the primary side winding 31 of the transformer 30. The transformer 30 transforms (steps down) the alternating voltage to 1 / n times, and outputs the transformed alternating voltage from the secondary windings 32A and 32B. The switching circuit 20 functions as a rectifier circuit in the step-down operation mode, and rectifies this AC voltage. Inductor Lch and smoothing capacitor CL function as a smoothing circuit in the step-down operation mode, and smoothes the rectified signal to generate DC voltage VL.

図2は、降圧動作モードにおけるスイッチング電源装置1の動作を表すものであり、(A)〜(D)はSW制御信号S11〜S14の波形をそれぞれ示し、(E)はSW制御信号S21,S22の波形を示し、(F)はSW制御信号S23の波形を示す。この例では、スイッチング素子SW11〜SW14,SW21〜SW23は、そのゲートに印加されたSW制御信号S11〜S14,S21〜S23が高レベルの時にオン状態となり、低レベルの時にオフ状態になるものである。   FIG. 2 shows the operation of the switching power supply device 1 in the step-down operation mode. (A) to (D) show the waveforms of the SW control signals S11 to S14, respectively, and (E) shows the SW control signals S21 and S22. (F) shows the waveform of the SW control signal S23. In this example, the switching elements SW11 to SW14 and SW21 to SW23 are turned on when the SW control signals S11 to S14 and S21 to S23 applied to their gates are at a high level, and are turned off when they are at a low level. is there.

降圧動作モードでは、SW駆動部74は、周期的なSW制御信号S11〜S14を生成し、スイッチング素子SW11〜SW14にそれぞれ供給する(図2(A)〜(D))。また、SW駆動部74は、低レベルに固定されたSW制御信号S21〜S23を生成し、スイッチング素子SW21〜SW23にそれぞれ供給する(図2(E),(F))。   In the step-down operation mode, the SW drive unit 74 generates periodic SW control signals S11 to S14 and supplies them to the switching elements SW11 to SW14, respectively (FIGS. 2A to 2D). In addition, the SW drive unit 74 generates SW control signals S21 to S23 fixed at a low level and supplies them to the switching elements SW21 to SW23, respectively (FIGS. 2E and 2F).

図2に示したように、SW駆動部74は、SW制御信号S11,S12を、同時に高レベルにならないように生成する(図2(A),(B))。このため、スイッチング素子SW11,SW12は、同時にオン状態になることはない。同様に、SW駆動部74は、SW制御信号S13,S14を、同時に高レベルにならないように生成する(図2(C),(D))。このため、スイッチング素子SW13,SW14は、同時にオン状態になることはない。つまり、スイッチング電源装置1では、1次側高圧ラインL1Hと1次側低圧ラインL1Lとが電気的に短絡しないようになっている。このように、1次側高圧ラインL1Hと1次側低圧ラインL1Lとが電気的に短絡するのを回避するためにとられる時間的間隔は、デッドタイムTdと称される。   As shown in FIG. 2, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S11 and S12 so as not to be at a high level at the same time (FIGS. 2A and 2B). Therefore, the switching elements SW11 and SW12 are not turned on at the same time. Similarly, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S13 and S14 so as not to be at a high level at the same time (FIGS. 2C and 2D). For this reason, the switching elements SW13 and SW14 are not simultaneously turned on. That is, in the switching power supply 1, the primary high voltage line L1H and the primary low voltage line L1L are not electrically short-circuited. Thus, the time interval taken to avoid the electrical short circuit between the primary high-voltage line L1H and the primary low-voltage line L1L is referred to as a dead time Td.

また、図2に示したように、SW駆動部74は、SW制御信号S11,S14を、同時に高レベルになる期間T11を有するように生成する(図2(A),(D))。同様に、SW駆動部74は、SW制御信号S12,S13を、同時に高レベルになる期間T12を有するように生成する(図2(B),(C))。   Further, as shown in FIG. 2, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S11 and S14 so as to have a period T11 that is at a high level at the same time (FIGS. 2A and 2D). Similarly, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S12 and S13 so as to have a period T12 that is at a high level at the same time (FIGS. 2B and 2C).

図3,4は、降圧動作モードにおけるスイッチング電源装置1の動作を表すものであり、図3は、期間T11における動作を示し、図4は、期間T12における動作を示す。図3,4において、ダイオードD11〜D14,D21,D22は、スイッチング素子SW11〜SW14,SW21,SW22のボディダイオードにそれぞれ対応する。なお、これらの図では、説明の便宜上、スイッチング素子SW11〜SW14,SW21〜SW23を、その動作状態(オン状態もしくはオフ状態)を表すスイッチの形状で示す。また、説明の便宜上、その説明に直接必要のない回路ブロックや素子などについては、適宜図示を省略する。   3 and 4 show the operation of the switching power supply device 1 in the step-down operation mode, FIG. 3 shows the operation in the period T11, and FIG. 4 shows the operation in the period T12. 3 and 4, diodes D11 to D14, D21, and D22 correspond to body diodes of the switching elements SW11 to SW14, SW21, and SW22, respectively. In these drawings, for convenience of explanation, the switching elements SW11 to SW14 and SW21 to SW23 are shown in the form of a switch representing the operation state (on state or off state). For convenience of explanation, circuit blocks and elements that are not directly necessary for the explanation are omitted as appropriate.

期間T11では、図2(A)〜(D)に示したように、スイッチング回路10のスイッチング素子SW11,SW14がオン状態になるとともに、スイッチング素子SW12,SW13がオフ状態になる。これにより、スイッチング電源装置1の1次側では、図3に示したように、スイッチング素子SW11、共振用インダクタLr、トランス30の1次側巻線31、スイッチング素子SW14、外部電源BHおよび平滑コンデンサCHを順に通る、1次側ループ電流Ia11が流れる。一方、2次側では、ダイオードD21、トランス30の2次側巻線32B、インダクタLch、バッテリBLおよび平滑コンデンサCLを順に通る2次側ループ電流Ia21が流れる。   In the period T11, as shown in FIGS. 2A to 2D, the switching elements SW11 and SW14 of the switching circuit 10 are turned on and the switching elements SW12 and SW13 are turned off. Thus, on the primary side of the switching power supply device 1, as shown in FIG. 3, the switching element SW11, the resonance inductor Lr, the primary winding 31 of the transformer 30, the switching element SW14, the external power supply BH, and the smoothing capacitor A primary loop current Ia11 flows through CH in order. On the other hand, on the secondary side, a secondary loop current Ia21 that passes through the diode D21, the secondary winding 32B of the transformer 30, the inductor Lch, the battery BL, and the smoothing capacitor CL in order flows.

一方、期間T12では、図2(A)〜(D)に示したように、スイッチング回路10のスイッチング素子SW12,SW13がオン状態になるとともに、スイッチング素子SW11,SW14がオフ状態になる。これにより、スイッチング電源装置1の一次側では、図4に示したように、スイッチング素子SW13、トランス30の1次側巻線31、共振用インダクタLr、スイッチング素子SW12、外部電源BHおよび平滑コンデンサCHを順に通る、1次側ループ電流Ia12が流れる。一方、2次側では、ダイオードD22、トランス30の2次側巻線32A、インダクタLch、バッテリBLおよび平滑コンデンサCLを順に通る2次側ループ電流Ia22が流れる。   On the other hand, in the period T12, as shown in FIGS. 2A to 2D, the switching elements SW12 and SW13 of the switching circuit 10 are turned on and the switching elements SW11 and SW14 are turned off. As a result, on the primary side of the switching power supply 1, as shown in FIG. 4, the switching element SW13, the primary winding 31 of the transformer 30, the resonance inductor Lr, the switching element SW12, the external power supply BH, and the smoothing capacitor CH , The primary loop current Ia12 flows. On the other hand, on the secondary side, a secondary loop current Ia22 that passes through the diode D22, the secondary winding 32A of the transformer 30, the inductor Lch, the battery BL, and the smoothing capacitor CL in order flows.

このように、スイッチング電源装置1では、期間T11,T12において、2次側ループ電流Ia21,Ia22が流れる。この期間T11,T12の長さは、図2に示したように、SW制御信号S11,S14間の位相差φ、およびSW制御信号S12,S13間の位相差φにより制御される。すなわち、例えば、位相差φが小さくなると、期間T11,T12の長さが長くなり、2次側ループ電流Ia21,Ia22が流れる時間が長くなるため、この降圧動作モードにおいて生成される電圧VLが高くなる。制御部73は、電圧検出回路72において検出された電圧VLに基づいて、電圧VLが所定の電圧を保つように、この位相差φを制御する。   As described above, in the switching power supply device 1, the secondary loop currents Ia21 and Ia22 flow in the periods T11 and T12. As shown in FIG. 2, the lengths of the periods T11 and T12 are controlled by the phase difference φ between the SW control signals S11 and S14 and the phase difference φ between the SW control signals S12 and S13. That is, for example, when the phase difference φ decreases, the lengths of the periods T11 and T12 become longer and the time during which the secondary loop currents Ia21 and Ia22 flow becomes longer, so the voltage VL generated in this step-down operation mode becomes higher. Become. Based on the voltage VL detected by the voltage detection circuit 72, the control unit 73 controls the phase difference φ so that the voltage VL maintains a predetermined voltage.

(昇圧動作モードにおける定常動作)
次に、図1を参照して、昇圧動作モード(放電モード)におけるスイッチング電源装置1の動作を説明する。
(Steady operation in boost operation mode)
Next, the operation of the switching power supply device 1 in the step-up operation mode (discharge mode) will be described with reference to FIG.

昇圧動作モードでは、スイッチング電源装置1は、バッテリBLから端子T3,T4に供給された直流電圧VLを昇圧し、その昇圧した直流電圧VHを端子T1,T2から出力し、接続された負荷Lを駆動する。   In the step-up operation mode, the switching power supply device 1 boosts the DC voltage VL supplied from the battery BL to the terminals T3 and T4, outputs the boosted DC voltage VH from the terminals T1 and T2, and connects the connected load L. To drive.

具体的には、スイッチング回路20は、スイッチング素子SW21,SW22をスイッチングすることにより、直流電圧VLを交流電圧に変換する。その際、インダクタLchは、この交流電圧を昇圧し、トランス30の2次側巻線32A,32BのセンタタップCTに供給する。そしてトランス30は、この交流電圧をn倍に変圧(昇圧)し、1次側巻線31から変圧された交流電圧を出力する。スイッチング回路10は、昇圧動作モードにおいては整流回路として機能し、この交流電圧を整流する。平滑コンデンサCLは、この整流された信号を平滑化し、直流電圧VHを生成する。   Specifically, the switching circuit 20 converts the DC voltage VL into an AC voltage by switching the switching elements SW21 and SW22. At that time, the inductor Lch boosts this AC voltage and supplies it to the center tap CT of the secondary windings 32A and 32B of the transformer 30. The transformer 30 transforms (boosts) this alternating voltage n times, and outputs the transformed alternating voltage from the primary side winding 31. The switching circuit 10 functions as a rectifier circuit in the step-up operation mode, and rectifies this AC voltage. The smoothing capacitor CL smoothes the rectified signal and generates a DC voltage VH.

図5は、昇圧動作モードにおけるスイッチング電源装置1の動作を表すものであり、(A),(B)はSW制御信号S21,S22の波形をそれぞれ示し、(C)はSW制御信号S23の波形を示し、(D)はSW制御信号S11〜S14の波形を示し、(E)はインダクタLchに流れる電流Ichの波形を示し、(F)はトランス30の2次側巻線32A,32Bの電圧V32B−V32Aの波形を示し、(G)はトランス30の1次側巻線31の電圧V31の波形を示す。   FIG. 5 shows the operation of the switching power supply device 1 in the step-up operation mode. (A) and (B) show the waveforms of the SW control signals S21 and S22, respectively, and (C) shows the waveform of the SW control signal S23. (D) shows the waveforms of the SW control signals S11 to S14, (E) shows the waveform of the current Ich flowing through the inductor Lch, and (F) shows the voltages of the secondary windings 32A and 32B of the transformer 30. The waveform of V32B-V32A is shown, (G) shows the waveform of the voltage V31 of the primary side winding 31 of the transformer 30.

昇圧動作モードでは、SW駆動部74は、周期的なSW制御信号S21,S22を生成し、スイッチング素子SW21,SW22にそれぞれ供給する(図5(A),(B))。また、SW駆動部74は、低レベルに固定されたSW制御信号S23,S11〜S14を生成し、スイッチング素子SW23,SW11〜SW14にそれぞれ供給する(図5(C),(D))。   In the step-up operation mode, the SW drive unit 74 generates periodic SW control signals S21 and S22 and supplies them to the switching elements SW21 and SW22, respectively (FIGS. 5A and 5B). In addition, the SW drive unit 74 generates SW control signals S23 and S11 to S14 fixed at a low level and supplies them to the switching elements SW23 and SW11 to SW14, respectively (FIGS. 5C and 5D).

図5に示したように、SW駆動部74は、SW制御信号S21,S22を、交互に高レベルになるように生成する。その際、SW駆動部74は、SW制御信号S21,S22を、同時に高レベルになる期間を有するように生成する。具体的には、SW駆動部74は、SW制御信号S21,S22が同時に高レベルになる期間T21と、SW制御信号S21が高レベルになるとともにSW制御信号S22が低レベルになる期間T22と、期間T21と、SW制御信号S21が低レベルになるとともにSW制御信号S22が高レベルになる期間T23とが巡回するように、SW制御信号S21,S22を生成する。   As shown in FIG. 5, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S21 and S22 so as to be alternately at a high level. At that time, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S21 and S22 so as to have a period of high level at the same time. Specifically, the SW drive unit 74 includes a period T21 in which the SW control signals S21 and S22 are simultaneously at a high level, a period T22 in which the SW control signal S21 is at a high level and the SW control signal S22 is at a low level, The SW control signals S21 and S22 are generated so that the period T21 and the period T23 in which the SW control signal S22 is at a low level and the SW control signal S22 is at a high level circulate.

図6〜8は、昇圧動作モードにおけるスイッチング電源装置1の動作を表すものであり、図6は、期間T21における動作を示し、図7は、期間T22における動作を示し、図8は、期間T23における動作を示す。図6〜8において、トランス30の各端子間電圧V31,V32A,V32Bの方向を矢印で示す。   6 to 8 show the operation of the switching power supply device 1 in the boosting operation mode, FIG. 6 shows the operation in the period T21, FIG. 7 shows the operation in the period T22, and FIG. 8 shows the period T23. The operation in is shown. 6-8, the direction of each terminal voltage V31, V32A, V32B of the transformer 30 is shown by an arrow.

期間T21では、図5(A),(B)に示したように、スイッチング回路20のスイッチング素子SW21,SW22は同時にオン状態となる。これにより、スイッチング電源装置1の2次側では、図6に示したように、インダクタLch、トランス30の2次側巻線32B、スイッチング素子SW21、バッテリBLおよび平滑コンデンサCLを順に通る、2次側ループ電流Ib21が流れるとともに、インダクタLch、トランス30の2次側巻線32A、スイッチング素子SW22、バッテリBLおよび平滑コンデンサCLを順に通る、2次側ループ電流Ib22が流れる。このとき、トランス30の2次側巻線32A,32Bでは、2次側ループ電流Ib21により生成される磁界と2次側ループ電流Ib22により生成される磁界とが互いに打ち消し合うため、1次側に電流を誘起せず、よって、インダクタLchから見たトランス30のインピーダンス(負荷)はほぼゼロとなる。このようにして、期間T21において、インダクタLchには、2次側ループ電流Ib21,Ib22が流れ(図5(E))、これらに基づいてエネルギーが蓄積されることとなる。   In the period T21, as shown in FIGS. 5A and 5B, the switching elements SW21 and SW22 of the switching circuit 20 are simultaneously turned on. Thereby, on the secondary side of the switching power supply device 1, as shown in FIG. 6, the secondary passes through the inductor Lch, the secondary winding 32B of the transformer 30, the switching element SW21, the battery BL, and the smoothing capacitor CL in order. While the side loop current Ib21 flows, the secondary side loop current Ib22 flows through the inductor Lch, the secondary side winding 32A of the transformer 30, the switching element SW22, the battery BL, and the smoothing capacitor CL in order. At this time, in the secondary side windings 32A and 32B of the transformer 30, the magnetic field generated by the secondary side loop current Ib21 and the magnetic field generated by the secondary side loop current Ib22 cancel each other. No current is induced, and therefore the impedance (load) of the transformer 30 viewed from the inductor Lch is almost zero. In this way, in the period T21, the secondary loop currents Ib21 and Ib22 flow in the inductor Lch (FIG. 5E), and energy is accumulated based on these.

期間T22では、図5(A),(B)に示したように、スイッチング回路20のスイッチング素子SW21がオン状態になるとともに、スイッチング素子SW22がオフ状態になる。これにより、スイッチング電源装置1の2次側では、図7に示したように、インダクタLch、トランス30の2次側巻線32B、スイッチング素子SW21、バッテリBLおよび平滑コンデンサCLを順に通る、2次側ループ電流Ib21が流れる。このとき、2次側巻線32Bの両端電圧V32Bは、バッテリBLの電圧VLに、この期間T22に先立つ期間T21においてインダクタLchに蓄積されたエネルギーに基づく電圧ΔVを加えたもの(VL+ΔV)となる(図5(F))。一方、1次側では、図7に示したように、ダイオードD14、トランス30の1次側巻線31、共振用インダクタLr、ダイオードD11、負荷Lおよび平滑コンデンサCHを順に通る1次側ループ電流Ib11が流れる。このとき、1次側巻線31の両端電圧V31は、2次側巻線32Bの両端電圧V32B(電圧VL+ΔV)にトランス30の巻線比を掛け合わせた、n×(VL+ΔV)となる。   In the period T22, as shown in FIGS. 5A and 5B, the switching element SW21 of the switching circuit 20 is turned on and the switching element SW22 is turned off. Thereby, on the secondary side of the switching power supply device 1, as shown in FIG. 7, the secondary passes through the inductor Lch, the secondary winding 32B of the transformer 30, the switching element SW21, the battery BL, and the smoothing capacitor CL in order. Side loop current Ib21 flows. At this time, the voltage V32B across the secondary winding 32B is obtained by adding the voltage ΔV based on the energy accumulated in the inductor Lch in the period T21 prior to the period T22 to the voltage VL of the battery BL (VL + ΔV). (FIG. 5F). On the other hand, on the primary side, as shown in FIG. 7, the primary side loop current that passes through the diode D14, the primary side winding 31 of the transformer 30, the resonance inductor Lr, the diode D11, the load L, and the smoothing capacitor CH in this order. Ib11 flows. At this time, the both-ends voltage V31 of the primary side winding 31 is n × (VL + ΔV) obtained by multiplying the both-ends voltage V32B (voltage VL + ΔV) of the secondary side winding 32B by the winding ratio of the transformer 30.

また、期間T23では、図5(A),(B)に示したように、スイッチング回路20のスイッチング素子SW21がオフ状態になるとともに、スイッチング素子SW22がオン状態になる。これにより、スイッチング電源装置1の2次側では、図8に示したように、インダクタLch、トランス30の2次側巻線32A、スイッチング素子SW22、バッテリBLおよび平滑コンデンサCLを順に通る、2次側ループ電流Ib22が流れる。このとき、2次側巻線32Aの両端電圧V32Aは、バッテリBLの電圧VLに、この期間T23に先立つ期間T21においてインダクタLchに蓄積されたエネルギーに基づく電圧ΔVを加えたもの(VL+ΔV)となる(図5(F))。一方、1次側では、図8に示したように、ダイオードD12、共振用インダクタLr、トランス30の1次側巻線31、ダイオードD13、負荷Lおよび平滑コンデンサCHを順に通る1次側ループ電流Ib12が流れる。このとき、1次側巻線31の両端電圧V31は、2次側巻線32Aの両端電圧V32A(電圧VL+ΔV)にトランス30の巻線比を掛け合わせた、n×(VL+ΔV)となる。   In the period T23, as shown in FIGS. 5A and 5B, the switching element SW21 of the switching circuit 20 is turned off and the switching element SW22 is turned on. Thereby, on the secondary side of the switching power supply device 1, as shown in FIG. 8, the secondary passes through the inductor Lch, the secondary winding 32A of the transformer 30, the switching element SW22, the battery BL, and the smoothing capacitor CL in order. Side loop current Ib22 flows. At this time, the voltage V32A across the secondary winding 32A is obtained by adding the voltage ΔV based on the energy accumulated in the inductor Lch in the period T21 prior to the period T23 to the voltage VL of the battery BL (VL + ΔV). (FIG. 5F). On the other hand, on the primary side, as shown in FIG. 8, the primary side loop current that passes through the diode D12, the resonance inductor Lr, the primary side winding 31 of the transformer 30, the diode D13, the load L, and the smoothing capacitor CH in this order. Ib12 flows. At this time, the both-ends voltage V31 of the primary side winding 31 is n × (VL + ΔV) obtained by multiplying the both-ends voltage V32A (voltage VL + ΔV) of the secondary side winding 32A by the winding ratio of the transformer 30.

このように、昇圧動作モードでは、定常動作状態においては、スイッチング素子SW21,SW22は、同時にオフ状態にする期間T21を有するように動作する。この期間T21においてインダクタLchがエネルギーを蓄積することにより、例えば期間T22において、2次側巻線32Bに、バッテリBLの電圧VLを上回る電圧VL+ΔVを供給することができ、n×VLよりも高い電圧を電圧VHとして出力することが可能となる。   As described above, in the step-up operation mode, in the steady operation state, the switching elements SW21 and SW22 operate so as to have the period T21 in which they are turned off at the same time. In the period T21, the inductor Lch accumulates energy. For example, in the period T22, the secondary winding 32B can be supplied with the voltage VL + ΔV that exceeds the voltage VL of the battery BL, and is higher than n × VL. Can be output as the voltage VH.

スイッチング電源装置1では、期間T22,T23において、1次側巻線31の両端には、n×(VL+ΔV)の電圧が現れ、1次側ループ電流Ib11,Ib12が流れる。この期間T22,T23の長さを制御することにより、この昇圧動作モードにおいて生成される電圧VHを制御することができる。具体的には、期間T21,T22,T21,T23からなる“1周期期間”における期間T21の占める割合を大きくすることにより、電圧VHを高くすることができる。制御部73は、電圧検出回路71において検出された電圧VHに基づいて、電圧VHが所定の電圧(目標電圧VT)を保つように、期間T22,T23の時間と期間T21の時間との比を制御する。   In the switching power supply device 1, in the periods T22 and T23, a voltage of n × (VL + ΔV) appears at both ends of the primary side winding 31, and primary side loop currents Ib11 and Ib12 flow. By controlling the lengths of the periods T22 and T23, the voltage VH generated in this boosting operation mode can be controlled. Specifically, the voltage VH can be increased by increasing the proportion of the period T21 in the “one cycle period” including the periods T21, T22, T21, and T23. Based on the voltage VH detected by the voltage detection circuit 71, the control unit 73 sets the ratio of the time of the periods T22 and T23 and the time of the period T21 so that the voltage VH maintains a predetermined voltage (target voltage VT). Control.

(昇圧動作モードにおける詳細動作)
次に、昇圧動作モード(放電モード)におけるスイッチング電源装置1の詳細動作を説明する。
(Detailed operation in step-up operation mode)
Next, detailed operation of the switching power supply device 1 in the boosting operation mode (discharge mode) will be described.

図9は、昇圧動作モードにおけるスイッチング電源装置1の起動動作を表すものであり、(A),(B)はSW制御信号S21,S22の波形をそれぞれ示し、(C)はSW制御信号S23の波形を示し、(D)は電圧VHの波形を示す。   FIG. 9 shows the start-up operation of the switching power supply device 1 in the step-up operation mode. (A) and (B) show the waveforms of the SW control signals S21 and S22, respectively. (C) shows the SW control signal S23. A waveform is shown, (D) shows the waveform of the voltage VH.

スイッチング電源装置1は、起動時において、第1起動期間P1,第2起動期間P2を経て、上述した定常動作(定常動作期間P3)を行う。   The switching power supply device 1 performs the above-described steady operation (steady operation period P3) through the first activation period P1 and the second activation period P2 at the time of activation.

第1起動期間P1では、図9(A),(B)に示したように、SW駆動部74は、SW制御信号S21,S22を、交互に高レベルになるように生成する。その際、SW駆動部74は、上述した定常動作とは異なり、SW制御信号S21,S22を、同時に低レベルになる期間を有するように生成する。また、SW駆動部74は、SW制御信号S21,S22を、それらのパルス幅が徐々に大きくなるように生成する。この第1起動期間P1では、電圧VHを、電圧VLにトランス30の巻線比を掛け合わせた電圧(n×VL)まで上昇させることができる。いいかえれば、スイッチング電源装置1は、この第1起動期間P1の初めにおいては降圧動作を行い、そしてその後は昇圧動作を行いながら電圧VHを徐々に上昇させる。   In the first activation period P1, as shown in FIGS. 9A and 9B, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S21 and S22 so as to be alternately at a high level. At that time, unlike the above-described steady operation, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S21 and S22 so as to have a period of low level at the same time. Further, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S21 and S22 so that their pulse widths gradually increase. In the first activation period P1, the voltage VH can be raised to a voltage (n × VL) obtained by multiplying the voltage VL by the winding ratio of the transformer 30. In other words, the switching power supply device 1 performs a step-down operation at the beginning of the first activation period P1, and thereafter gradually increases the voltage VH while performing a step-up operation.

また、第1起動期間P1では、図9(C)に示したように、SW駆動部74は、高レベルのSW制御信号S23を生成する。すなわち、第1起動期間P1では、放出回路60のスイッチング素子SW23はオン状態となり、抵抗素子Rpが、インダクタLchに蓄積されたエネルギーを取り出して消費する。   In the first activation period P1, as shown in FIG. 9C, the SW drive unit 74 generates a high level SW control signal S23. That is, in the first activation period P1, the switching element SW23 of the emission circuit 60 is turned on, and the resistance element Rp extracts and consumes the energy accumulated in the inductor Lch.

スイッチング電源装置1は、電圧検出回路71を用いて電圧VHをモニタし、この電圧VHが所定の電圧VT1に達したときに、第2起動期間P2に移行する。ここで、この所定の電圧VT1は、例えば、電圧(n×VL)にすることができる。   The switching power supply device 1 monitors the voltage VH using the voltage detection circuit 71, and shifts to the second activation period P2 when the voltage VH reaches a predetermined voltage VT1. Here, the predetermined voltage VT1 can be, for example, a voltage (n × VL).

第2起動期間P2では、SW駆動部74は、SW制御信号S21,S22を、交互に高レベルになるように生成する。その際、SW駆動部74は、定常状態の場合(図5)と同様に、SW制御信号S21,S22を、同時に高レベルになる期間(図5における期間T21)を有するように生成する。そして、その同時にオン状態になる期間を徐々に長くすることにより、電圧VHを電圧VT1から目標電圧VT2に向けてさらに上昇させる。   In the second activation period P2, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S21 and S22 so as to be alternately at a high level. At that time, as in the steady state (FIG. 5), the SW drive unit 74 generates the SW control signals S21 and S22 so as to have a period (period T21 in FIG. 5) that is simultaneously at a high level. Then, the voltage VH is further increased from the voltage VT1 toward the target voltage VT2 by gradually lengthening the period during which the ON state is simultaneously achieved.

また、第2起動期間P2では、図9(C)に示したように、SW駆動部74は、低レベルのSW制御信号S23を生成する。すなわち、第2起動期間P2では、放出回路60のスイッチング素子SW23はオフ状態となり、インダクタLchは、SW制御信号S21,S22に基づいて、エネルギーを蓄積するようになる。   In the second activation period P2, as shown in FIG. 9C, the SW drive unit 74 generates a low level SW control signal S23. That is, in the second activation period P2, the switching element SW23 of the emission circuit 60 is turned off, and the inductor Lch accumulates energy based on the SW control signals S21 and S22.

そして、スイッチング電源装置1は、電圧VHが目標電圧VT2に達すると、その電圧を維持するように動作する(定常動作期間P3)。   When the voltage VH reaches the target voltage VT2, the switching power supply device 1 operates so as to maintain the voltage (steady operation period P3).

次に、第1起動期間P1におけるスイッチング電源装置1の詳細動作を説明する。   Next, detailed operation of the switching power supply device 1 in the first activation period P1 will be described.

図10は、第1起動期間P1におけるスイッチング電源装置1の一動作例を表すものであり、(A),(B)はSW制御信号S21,S22の波形をそれぞれ示し、(C)はSW制御信号S23の波形を示し、(D)はSW制御信号S11〜S14の波形を示し、(E)はインダクタLchに流れる電流Ichの波形を示し、(F)はトランス30の2次側巻線32A,32Bの電圧V32B−V32Aの波形を示し、(G)はスイッチング素子SW21の電圧V21の波形を示し、(H)はスイッチング素子SW22の電圧V22の波形を示し、(I)はトランス30の1次側巻線31の電圧V31の波形を示す。   FIG. 10 shows an example of the operation of the switching power supply device 1 in the first activation period P1, (A) and (B) show the waveforms of the SW control signals S21 and S22, respectively, and (C) shows the SW control. The waveform of the signal S23 is shown, (D) shows the waveforms of the SW control signals S11 to S14, (E) shows the waveform of the current Ich flowing through the inductor Lch, and (F) shows the secondary side winding 32A of the transformer 30. , 32B shows the waveform of the voltage V32B-V32A, (G) shows the waveform of the voltage V21 of the switching element SW21, (H) shows the waveform of the voltage V22 of the switching element SW22, and (I) shows 1 of the transformer 30. The waveform of the voltage V31 of the secondary winding 31 is shown.

第1起動期間P1では、SW駆動部74は、図10(A),(B)に示したように、SW制御信号S21,S22を、交互に高レベルになるように生成する。その際、SW駆動部74は、SW制御信号S21,S22を、同時に低レベルになる期間を有するように生成する。具体的には、SW駆動部74は、SW制御信号S21,S22が同時に低レベルになる期間T31と、SW制御信号S21が高レベルになるとともにSW制御信号S22が低レベルになる期間T32と、期間T31と、SW制御信号S21が低レベルになるとともにSW制御信号S22が高レベルになる期間T33とが巡回するように、SW制御信号S21,S22を生成する。   In the first activation period P1, as shown in FIGS. 10A and 10B, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S21 and S22 so as to be alternately at a high level. At that time, the SW drive unit 74 generates the SW control signals S21 and S22 so as to have a period of low level at the same time. Specifically, the SW drive unit 74 includes a period T31 in which the SW control signals S21 and S22 are simultaneously at a low level, a period T32 in which the SW control signal S21 is at a high level and the SW control signal S22 is at a low level, The SW control signals S21 and S22 are generated so that the period T31 and the period T33 in which the SW control signal S21 is at a low level and the SW control signal S22 is at a high level circulate.

また、SW駆動部74は、高レベルに固定されたSW制御信号S23を生成し、スイッチング素子SW23に供給するとともに、低レベルに固定されたSW制御信号S11〜S14を生成し、スイッチング素子SW11〜SW14にそれぞれ供給する(図10(C),(D))。   The SW drive unit 74 generates a SW control signal S23 fixed at a high level, supplies the SW control signal S23 to the switching element SW23, and generates SW control signals S11 to S14 fixed at a low level. Each is supplied to SW14 (FIGS. 10C and 10D).

図11は、期間T31におけるスイッチング電源装置1の動作を表すものである。期間T31では、図10(A),(B)に示したように、スイッチング回路20のスイッチング素子SW21,SW22は同時にオフ状態となる。これにより、スイッチング電源装置1の2次側では、図11に示したように、トランス30を流れるループ電流は発生せず、よって、1次側にもループ電流は誘起されない。   FIG. 11 illustrates the operation of the switching power supply device 1 in the period T31. In the period T31, as shown in FIGS. 10A and 10B, the switching elements SW21 and SW22 of the switching circuit 20 are simultaneously turned off. Thereby, on the secondary side of the switching power supply device 1, as shown in FIG. 11, no loop current flowing through the transformer 30 is generated, and therefore no loop current is induced on the primary side.

このとき、インダクタLchは、期間T31に先立つ期間T32,T33においてインダクタLchに流れる電流を、期間T31でも維持しようとする。すなわち、後述するように、期間T32,T33では、インダクタLchには、バッテリBLからトランス30に向かって電流が流れるため、期間T31でも、その方向に電流を流そうとする。このとき、スイッチング回路20のスイッチング素子SW21,SW22はともにオフ状態であるが、放出回路60のスイッチング素子SW23はオン状態になっているため、インダクタLch、ダイオードDs、抵抗素子Rp、スイッチング素子SW23を順に通るループ電流Ib3が流れる。言い換えれば、期間T32,T33においてインダクタLchに蓄積されたエネルギーは、このループ電流Ib3によりインダクタLchから取り除かれるとともに、抵抗素子Rpにおいて消費される。   At this time, the inductor Lch tries to maintain the current flowing through the inductor Lch in the periods T32 and T33 prior to the period T31 even in the period T31. That is, as will be described later, in the periods T32 and T33, a current flows through the inductor Lch from the battery BL toward the transformer 30, and therefore, in the period T31, the current tends to flow in that direction. At this time, the switching elements SW21 and SW22 of the switching circuit 20 are both in the off state, but the switching element SW23 of the emission circuit 60 is in the on state, so that the inductor Lch, the diode Ds, the resistance element Rp, and the switching element SW23 are connected. A loop current Ib3 that passes in sequence flows. In other words, the energy accumulated in the inductor Lch in the periods T32 and T33 is removed from the inductor Lch by the loop current Ib3 and is consumed in the resistance element Rp.

期間T32では、図10(A),(B)に示したように、スイッチング回路20のスイッチング素子SW21がオン状態になるとともに、スイッチング素子SW22がオフ状態になる。これにより、スイッチング電源装置1の2次側では、上述した定常動作状態の場合(図7)と同様に、2次側ループ電流Ib21が流れる。このとき、定常動作状態の場合とは異なり、インダクタLchに蓄積されたエネルギーは、この期間T32に先立つ期間T31において取り除かれているため、2次側巻線32Bの両端電圧V32Bは、単に電圧VLが供給される(図10(F))。一方、1次側では、定常動作状態の場合(図7)と同様に、1次側ループ電流Ib11が流れる。このとき、1次側巻線31の両端電圧V31は、2次側巻線32Bの両端電圧V32B(電圧VL)にトランス30の巻線比を掛け合わせた、n×VLとなる(図10(I))。そして、この1次側ループ電流Ib11により、直流の出力電圧VHが負荷Lに給電される。   In the period T32, as shown in FIGS. 10A and 10B, the switching element SW21 of the switching circuit 20 is turned on and the switching element SW22 is turned off. As a result, the secondary loop current Ib21 flows on the secondary side of the switching power supply device 1 as in the case of the steady operation state described above (FIG. 7). At this time, unlike the case of the steady operation state, the energy accumulated in the inductor Lch is removed in the period T31 prior to this period T32. Therefore, the voltage V32B across the secondary winding 32B is simply the voltage VL. Is supplied (FIG. 10F). On the other hand, on the primary side, the primary-side loop current Ib11 flows as in the case of the steady operation state (FIG. 7). At this time, the both-ends voltage V31 of the primary side winding 31 is n × VL obtained by multiplying the both-ends voltage V32B (voltage VL) of the secondary side winding 32B by the winding ratio of the transformer 30 (FIG. 10 ( I)). The DC output voltage VH is supplied to the load L by the primary loop current Ib11.

また、期間T33では、図10(A),(B)に示したように、スイッチング回路20のスイッチング素子SW21がオフ状態になるとともに、スイッチング素子SW22がオン状態になる。これにより、スイッチング電源装置1の2次側では、上述した定常動作状態の場合(図8)と同様に、2次側ループ電流Ib22が流れる。このとき、定常動作状態の場合とは異なり、インダクタLchに蓄積されたエネルギーは、この期間T32に先立つ期間T31において取り除かれているため、2次側巻線32Bの両端電圧V32Bは、単に電圧VLが供給される(図10(F))。一方、1次側では、定常動作状態の場合(図8)と同様に、1次側ループ電流Ib12が流れる。このとき、1次側巻線31の両端電圧V31は、2次側巻線32Aの両端電圧V32A(電圧VL)にトランス30の巻線比を掛け合わせた、n×VLとなる(図10(I))。そして、この1次側ループ電流Ib12により、直流の出力電圧VHが負荷Lに給電される。   In the period T33, as shown in FIGS. 10A and 10B, the switching element SW21 of the switching circuit 20 is turned off and the switching element SW22 is turned on. As a result, the secondary loop current Ib22 flows on the secondary side of the switching power supply 1 as in the case of the steady operation state described above (FIG. 8). At this time, unlike the case of the steady operation state, the energy accumulated in the inductor Lch is removed in the period T31 prior to this period T32. Therefore, the voltage V32B across the secondary winding 32B is simply the voltage VL. Is supplied (FIG. 10F). On the other hand, on the primary side, the primary loop current Ib12 flows as in the steady operation state (FIG. 8). At this time, the voltage V31 across the primary winding 31 is n × VL, which is obtained by multiplying the voltage V32A across the secondary winding 32A (voltage VL) by the winding ratio of the transformer 30 (FIG. 10 ( I)). The DC output voltage VH is supplied to the load L by the primary loop current Ib12.

このように、第1起動期間P1では、スイッチング素子SW21,SW22は、同時にオフ状態となる期間T31を有するように動作する。よって、期間T31に先立つ期間T32,T33においてインダクタLchに電流が流れることにより蓄積されたエネルギーは、定常動作状態の場合とは異なり、期間T31においてスイッチング素子SW21,SW22を介して放出されない。仮にエネルギーの放出経路が無い場合には、以下に比較例として説明するように、このエネルギーに起因するサージ電圧が回路に発生し、スイッチング素子などを破壊するおそれがある。しかしながら、スイッチング電源装置1では、この第1起動期間P1において、放出回路60のスイッチング素子SW23をオン状態にしているので、この蓄積されたエネルギーを、放出回路60により放出することができる。   As described above, in the first activation period P1, the switching elements SW21 and SW22 operate so as to have the period T31 in which they are turned off simultaneously. Therefore, the energy accumulated by the current flowing through the inductor Lch in the periods T32 and T33 prior to the period T31 is not released via the switching elements SW21 and SW22 in the period T31, unlike the steady operation state. If there is no energy release path, as will be described below as a comparative example, a surge voltage resulting from this energy may be generated in the circuit, possibly destroying the switching element and the like. However, in the switching power supply device 1, since the switching element SW <b> 23 of the emission circuit 60 is turned on in the first activation period P <b> 1, the accumulated energy can be emitted by the emission circuit 60.

(比較例)
次に、比較例に係るスイッチング電源装置1Rについて説明する。本比較例は、スイッチング電源装置1(図1)において、放出回路60が無いものである。その他の構成は、本実施の形態(図1)と同様である。
(Comparative example)
Next, a switching power supply device 1R according to a comparative example will be described. In this comparative example, the switching power supply device 1 (FIG. 1) does not have the emission circuit 60. Other configurations are the same as those of the present embodiment (FIG. 1).

図12は、比較例に係るスイッチング電源装置1Rの第1起動期間P1における動作を表すものであり、(A),(B)はSW制御信号S21,S22の波形をそれぞれ示し、(C)はSW制御信号S11〜S14の波形を示し、(D)はインダクタLchに流れる電流Ichの波形を示し、(E)はトランス30の2次側巻線32A,32Bの電圧V32B−V32Aの波形を示し、(F)はスイッチング素子SW21の電圧V21の波形を示し、(G)はスイッチング素子SW22の電圧V22の波形を示し、(H)はトランス30の1次側巻線31の電圧V31の波形を示す。   FIG. 12 shows the operation of the switching power supply device 1R according to the comparative example in the first activation period P1. (A) and (B) show the waveforms of the SW control signals S21 and S22, respectively. The waveforms of the SW control signals S11 to S14 are shown, (D) shows the waveform of the current Ich flowing through the inductor Lch, and (E) shows the waveforms of the voltages V32B-V32A of the secondary windings 32A and 32B of the transformer 30. , (F) shows the waveform of the voltage V21 of the switching element SW21, (G) shows the waveform of the voltage V22 of the switching element SW22, and (H) shows the waveform of the voltage V31 of the primary winding 31 of the transformer 30. Show.

図12(F),(G)に示したように、スイッチング素子SW21電圧V21およびスイッチング素子SW22電圧V22には、期間T31に切り替わった瞬間にサージ電圧VSが現れる。すなわち、インダクタLchは、期間T31に先立つ期間T32,T33においてインダクタLchに流れる電流を、期間T31でも維持しようとする。しかしながら、本比較例では、上記実施の形態における放出回路60を設けていないので、期間T31においてこの電流を流す経路がない。これにより、スイッチング素子SW21,SW22のドレインの電位が上昇してサージ電圧VSが発生し、その電圧がスイッチング素子SW21,SW22の耐圧を超えて上昇した場合にはスイッチング素子SW21,SW22を破壊するおそれがある。   As shown in FIGS. 12F and 12G, the surge voltage VS appears in the switching element SW21 voltage V21 and the switching element SW22 voltage V22 at the moment of switching to the period T31. That is, the inductor Lch tries to maintain the current flowing through the inductor Lch in the periods T32 and T33 prior to the period T31 even in the period T31. However, in this comparative example, since the emission circuit 60 in the above embodiment is not provided, there is no path through which this current flows in the period T31. As a result, the drain potential of the switching elements SW21 and SW22 rises to generate a surge voltage VS. If the voltage rises beyond the breakdown voltage of the switching elements SW21 and SW22, the switching elements SW21 and SW22 may be destroyed. There is.

このように、本比較例に係るスイッチング電源装置1Rでは、期間T32,T33において蓄積したインダクタLchのエネルギーを、期間T32,T33に続く期間T31において放出する経路がないため、サージ電圧VSが回路に発生し、スイッチング素子などを破壊するおそれがある。   As described above, in the switching power supply device 1R according to this comparative example, since there is no path for discharging the energy of the inductor Lch accumulated in the periods T32 and T33 in the period T31 following the periods T32 and T33, the surge voltage VS is generated in the circuit. May occur, and the switching element or the like may be destroyed.

一方、本実施の形態に係るスイッチング電源装置1では、放出回路60を設け、第1起動期間P1においてスイッチング素子SW23をオン状態にするようにしたので、期間T32,T33において蓄積したインダクタLchのエネルギーを、期間T31において放出することができ、そのエネルギーに起因するサージ電圧VSを低減することができ、スイッチング素子などを破壊するおそれを低減することができる。   On the other hand, in the switching power supply device 1 according to the present embodiment, since the emission circuit 60 is provided and the switching element SW23 is turned on in the first activation period P1, the energy of the inductor Lch accumulated in the periods T32 and T33. Can be released in the period T31, the surge voltage VS due to the energy can be reduced, and the risk of destroying the switching element or the like can be reduced.

[効果]
以上のように本実施の形態では、放出回路を設けたので、インダクタに蓄積したエネルギーを放出し、サージ電圧を低減することができる。
[effect]
As described above, in the present embodiment, since the emission circuit is provided, the energy accumulated in the inductor can be released and the surge voltage can be reduced.

本実施の形態では、放出回路にスイッチング素子を設けたので、必要なときにのみ、インダクタに蓄積したエネルギーを放出することができる。   In this embodiment, since the switching element is provided in the emission circuit, the energy stored in the inductor can be released only when necessary.

本実施の形態では、放出回路のスイッチング素子を、所定の動作においてのみオン状態にするようにしたので、放出回路の設計を、その所定の動作に適したものにすることができ、設計の自由度を高めることができる。   In this embodiment, since the switching element of the emission circuit is turned on only in a predetermined operation, the design of the emission circuit can be made suitable for the predetermined operation, and the design freedom can be achieved. The degree can be increased.

本実施の形態では、放出回路のスイッチング素子を、昇圧動作モードにおける第1起動期間にのみオン状態にするようにしたので、その他の期間において、放出回路の影響を受けずに動作をすることが可能となる。具体的には、降圧動作モードでは、このスイッチング素子SW23をオフ状態にしたので、この動作において放出回路60に電流が流れないため、インダクタLchおよび平滑コンデンサCLは、平滑回路として機能することができる。また、昇圧動作モードでは、第2起動期間P2および定常動作期間P3において、このスイッチング素子SW23をオフ状態にしたので、この動作において、放出回路60に電流が流れないため、インダクタLchを用いて電圧VLを昇圧することができる。   In this embodiment, since the switching element of the emission circuit is turned on only during the first activation period in the step-up operation mode, the operation can be performed without being affected by the emission circuit in other periods. It becomes possible. Specifically, in the step-down operation mode, since the switching element SW23 is turned off, no current flows through the emission circuit 60 in this operation, so that the inductor Lch and the smoothing capacitor CL can function as a smoothing circuit. . In the step-up operation mode, since the switching element SW23 is turned off in the second activation period P2 and the steady operation period P3, no current flows through the emission circuit 60 in this operation. VL can be boosted.

本実施の形態では、インダクタに蓄積したエネルギーを放出する手段として、そのエネルギーを消費する放出回路を用いたので、抵抗素子によって構成することができ、回路の小型化を実現することができる。   In the present embodiment, since a discharge circuit that consumes the energy is used as a means for discharging the energy accumulated in the inductor, it can be configured by a resistance element, and the circuit can be downsized.

[変形例1]
上記の実施の形態では、スイッチング素子SW32を、第1起動期間P1の期間中オン状態にしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、インダクタLchに蓄積されたエネルギーをリセットできる程度の期間だけオン状態にしてもよい。
[Modification 1]
In the above embodiment, the switching element SW32 is turned on during the first activation period P1, but the present invention is not limited to this. For example, the energy stored in the inductor Lch is used instead. You may be in an ON state only for the period which can be reset.

[変形例2]
上記実施の形態では、抵抗素子Rpおよびスイッチング素子SW23からなる放出回路60を用いたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、図13に示したように、抵抗素子Rpおよび2つのスイッチング素子SW24,SW25からなる放出回路60Bを用いてもよい。スイッチング素子SW24,SW25は、ともにSW制御信号S23によりオンオフ制御される。ここで、スイッチング素子SW24,SW25は、本発明における「第1および第2の放出スイッチ」の一具体例に対応する。この例では、スイッチング素子SW24,SW25はボディダイオードを有している。これらのボディダイオードの向きは、スイッチング素子SW24、抵抗素子Rpおよびスイッチング素子SW25からなる直列回路において、互いに反対を向いている。これにより、スイッチング素子SW24,SW25がオフ状態の場合には、インダクタLchの両端間がいかなる電圧であっても、抵抗素子Rpを介して電流が流れないようになっている。このような構成でも、上記実施の形態と同様に、昇圧動作モードで動作させた場合において、第1起動期間P1にスイッチング素子SW24,SW25をオン状態に設定することにより、インダクタLchに起因するサージ電圧VSを低減することができる。
[Modification 2]
In the above embodiment, the emission circuit 60 including the resistance element Rp and the switching element SW23 is used. However, the present invention is not limited to this, and instead, for example, as shown in FIG. 13, the resistance element Rp Alternatively, an emission circuit 60B including two switching elements SW24 and SW25 may be used. The switching elements SW24 and SW25 are both turned on and off by the SW control signal S23. Here, the switching elements SW24 and SW25 correspond to a specific example of “first and second release switches” in the present invention. In this example, the switching elements SW24 and SW25 have body diodes. These body diodes face in opposite directions in a series circuit including the switching element SW24, the resistance element Rp, and the switching element SW25. Thus, when the switching elements SW24 and SW25 are in the off state, no current flows through the resistance element Rp regardless of the voltage across the inductor Lch. Even in such a configuration, similarly to the above-described embodiment, when operating in the step-up operation mode, the switching elements SW24 and SW25 are set to the ON state during the first activation period P1, thereby causing a surge caused by the inductor Lch. The voltage VS can be reduced.

なお、この例では、上記実施の形態(図1など)のリセット回路50を省いているが、このリセット回路50を有していてもよい。この場合には、放出回路60Bは、図1と同様に、リセット回路50の抵抗素子Rsおよび容量素子Csに並列に接続される。   In this example, the reset circuit 50 in the above embodiment (FIG. 1 and the like) is omitted, but the reset circuit 50 may be included. In this case, the emission circuit 60B is connected in parallel to the resistance element Rs and the capacitance element Cs of the reset circuit 50, as in FIG.

[変形例3]
上記の実施の形態では、スイッチング回路10,20において、ボディダイオードを整流素子として用いたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、スイッチング回路10,20のスイッチング素子SW11〜SW14,SW21,SW22をオンオフ制御し、いわゆる同期整流により整流を行うようにしてもよい。以下に、一例として、昇圧動作モードにおける、同期整流を行った場合の定常動作を説明する。
[Modification 3]
In the above-described embodiment, the body diode is used as the rectifying element in the switching circuits 10 and 20, but the present invention is not limited to this. Instead, the switching elements SW11 to SW14 of the switching circuits 10 and 20 SW21 and SW22 may be on / off controlled to perform rectification by so-called synchronous rectification. Hereinafter, as an example, a steady operation when synchronous rectification is performed in the step-up operation mode will be described.

図14は、昇圧動作モードにおけるスイッチング電源装置1の定常動作を表すものであり、(A),(B)はSW制御信号S21,S22の波形をそれぞれ示し、(C)はSW制御信号S23の波形を示し、(D)〜(G)はSW制御信号S11〜S14の波形をそれぞれ示す。本変形例に係るスイッチング電源装置でも、SW駆動部74は、上記実施の形態の場合と同様に、期間T21、期間T22、期間T21、および期間T23が巡回するように、SW制御信号S21,S22を生成する。   FIG. 14 shows the steady operation of the switching power supply device 1 in the step-up operation mode. (A) and (B) show the waveforms of the SW control signals S21 and S22, respectively. (C) shows the SW control signal S23. The waveforms (D) to (G) indicate the waveforms of the SW control signals S11 to S14, respectively. Also in the switching power supply device according to this modification, the SW drive unit 74 performs the SW control signals S21 and S22 so that the period T21, the period T22, the period T21, and the period T23 circulate similarly to the case of the above embodiment. Is generated.

図15,16は、昇圧動作モードにおけるスイッチング電源装置1の定常動作を表すものであり、図15は、期間T22における動作を示し、図16は、期間T23における動作を示す。   15 and 16 show the steady operation of the switching power supply device 1 in the step-up operation mode. FIG. 15 shows the operation in the period T22, and FIG. 16 shows the operation in the period T23.

期間T22では、図14に示したように、スイッチング回路20のスイッチング素子SW21がオン状態になるとともに、スイッチング素子SW22がオフ状態になる(図14(A),(B))。また、スイッチング回路10では、スイッチング素子SW11,SW14がオン状態になるとともに、スイッチング素子SW12,SW13がオフ状態になる(図14(D)〜(G))。これにより、スイッチング電源装置1の2次側では、図15に示したように、2次側ループ電流Ib21が流れる。一方、1次側では、スイッチング素子SW14、トランス30の1次側巻線31、共振用インダクタLr、スイッチング素子SW11、負荷Lおよび平滑コンデンサCHを順に通る1次側ループ電流Ib11が流れる。   In the period T22, as shown in FIG. 14, the switching element SW21 of the switching circuit 20 is turned on and the switching element SW22 is turned off (FIGS. 14A and 14B). In the switching circuit 10, the switching elements SW11 and SW14 are turned on, and the switching elements SW12 and SW13 are turned off (FIGS. 14D to 14G). As a result, the secondary loop current Ib21 flows on the secondary side of the switching power supply 1 as shown in FIG. On the other hand, on the primary side, a primary loop current Ib11 flows through the switching element SW14, the primary winding 31 of the transformer 30, the resonance inductor Lr, the switching element SW11, the load L, and the smoothing capacitor CH in order.

また、期間T23では、図14に示したように、スイッチング回路20のスイッチング素子SW21がオフ状態になるとともに、スイッチング素子SW22がオン状態になる(図14(A),(B))。また、スイッチング回路10では、スイッチング素子SW11,SW14がオフ状態になるとともに、スイッチング素子SW12,SW13がオン状態になる(図14(D)〜(G))。これにより、スイッチング電源装置1の2次側では、図16に示したように、2次側ループ電流Ib22が流れる。一方、1次側では、スイッチング素子SW12、共振用インダクタLr、トランス30の1次側巻線31、スイッチング素子SW13、負荷Lおよび平滑コンデンサCHを順に通る1次側ループ電流Ib12が流れる。   In the period T23, as shown in FIG. 14, the switching element SW21 of the switching circuit 20 is turned off and the switching element SW22 is turned on (FIGS. 14A and 14B). In the switching circuit 10, the switching elements SW11 and SW14 are turned off and the switching elements SW12 and SW13 are turned on (FIGS. 14D to 14G). As a result, the secondary loop current Ib22 flows on the secondary side of the switching power supply 1 as shown in FIG. On the other hand, on the primary side, a primary loop current Ib12 that passes through the switching element SW12, the resonance inductor Lr, the primary winding 31 of the transformer 30, the switching element SW13, the load L, and the smoothing capacitor CH flows in this order.

このように同期整流を行った場合でも、上記実施の形態と同様に、昇圧動作モードで動作させた場合において、第1起動期間P1にスイッチング素子SW23をオン状態に設定することにより、インダクタLchに起因するサージ電圧VSを低減することができる。   Even when synchronous rectification is performed in this manner, in the case of operating in the boosting operation mode, the switching element SW23 is set to the on state during the first activation period P1, so that the inductor Lch is turned on. The resulting surge voltage VS can be reduced.

[変形例4]
上記実施の形態等では、インダクタLchからエネルギーを取り出して消費する放出回路60を用いたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、図17,18に示したように、トランス81(上記実施の形態におけるインダクタLchに対応)からエネルギーを取り出して電源などに回生する回生回路を用いてもよい。図17に示したスイッチング電源装置1Bは、トランス81、ダイオードD82およびスイッチング素子SW83を有する回生回路80Bを備え、スイッチング素子SW83をオン状態にしたときに、トランス81に蓄積されたエネルギーを1次側の電源に回生するものである。ここで、トランス81およびダイオードD82は、本発明における「回生手段」の一具体例に対応し、スイッチング素子SW83は、本発明における「放出スイッチ」の一具体例に対応する。また、図18に示したスイッチング電源装置1Cは、トランス81、ダイオードD84およびスイッチング素子SW85を有する回生回路80Cを備え、スイッチング素子SW85をオン状態にしたときに、トランス81に蓄積されたエネルギーをバッテリBLに回生するものである。ここで、トランス81およびダイオードD84は、本発明における「回生手段」の一具体例に対応し、スイッチング素子SW85は、本発明における「放出スイッチ」の一具体例に対応する。
[Modification 4]
In the above-described embodiment and the like, the emission circuit 60 that extracts and consumes energy from the inductor Lch is used. However, the present invention is not limited to this, and instead, for example, as shown in FIGS. A regenerative circuit that extracts energy from the transformer 81 (corresponding to the inductor Lch in the above embodiment) and regenerates it to a power source or the like may be used. 17 includes a regeneration circuit 80B having a transformer 81, a diode D82, and a switching element SW83. When the switching element SW83 is turned on, energy stored in the transformer 81 is transferred to the primary side. Regenerative power. Here, the transformer 81 and the diode D82 correspond to a specific example of “regeneration means” in the present invention, and the switching element SW83 corresponds to a specific example of “release switch” in the present invention. 18 includes a regenerative circuit 80C having a transformer 81, a diode D84, and a switching element SW85. When the switching element SW85 is turned on, the switching power supply device 1C shown in FIG. Regenerates to BL. Here, the transformer 81 and the diode D84 correspond to a specific example of “regeneration means” in the present invention, and the switching element SW85 corresponds to a specific example of “release switch” in the present invention.

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and the modifications, the present invention is not limited to these embodiments and the like, and various modifications can be made.

例えば、上記実施の形態等では、1次側のスイッチング回路10はフルブリッジ型の回路構成としたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えばハーフブリッジ型やプッシュプル型の回路構成などが利用可能である。   For example, in the above-described embodiment, the primary side switching circuit 10 has a full-bridge type circuit configuration, but is not limited thereto, and instead, for example, a half-bridge type or push-pull type Circuit configurations can be used.

また、例えば、上記実施の形態等では、スイッチング素子SW23は、NチャネルのMOS−FETとしたが、これに限定されるものではなく、スイッチとして機能するものであればどのようなものであってもよい。例えば、PチャネルのMOS−FETであってもよいし、上述したMOS−FETやIGBTなどの半導体スイッチだけでなく、リレーなどの機械式スイッチであってもよい。   Further, for example, in the above-described embodiment, the switching element SW23 is an N-channel MOS-FET. However, the switching element SW23 is not limited to this, and any switching element may be used as long as it functions as a switch. Also good. For example, it may be a P-channel MOS-FET, or may be a mechanical switch such as a relay as well as the above-described semiconductor switch such as a MOS-FET or IGBT.

また、例えば、上記実施の形態等では、スイッチング電源装置1は、直流電圧を入力し直流電圧を出力する双方向のDC/DCコンバータとしたが、これに限定されるものではなく、例えばAC/DCコンバータなど、スイッチング電源装置であればどのようなものであってもよい。   Further, for example, in the above-described embodiment and the like, the switching power supply device 1 is a bidirectional DC / DC converter that inputs a DC voltage and outputs a DC voltage. However, the present invention is not limited to this. Any switching power supply device such as a DC converter may be used.

1,1B,1C…スイッチン電源装置、10、20…スイッチング回路、30…トランス、31…1次側巻線、32…2次側巻線、50…リセット回路、60,60B…放出回路、71,72…電圧検出回路、73…制御部、74…SW駆動部、80B,80C…回生回路、81…トランス、BL…バッテリ、CH,CL…平滑コンデンサ、Cr11〜Cr14,Cs…容量素子、Ds,D82,D84…ダイオード、Ia11,Ia12,Ib11,Ib12…1次側ループ電流、Ia21,Ia22,Ib21,Ib22…2次側ループ電流、Ib3…ループ電流、L1H…1次側高圧ライン、L1L…1次側低圧ライン、L2,L2H…2次側高圧ライン、L2L…2次側低圧ライン、Lch…インダクタ、Lr…共振用インダクタ、P1…第1起動期間、P2…第2起動期間、P3…定常動作期間、Rp,Rs…抵抗素子、S11〜S14,S21〜S23…SW制御信号、SW11〜SW14,SW21〜SW23,SW83,SW85…スイッチング素子、T1〜T4…端子、VH,VL,VT1…電圧、VS…サージ電圧、VT2…目標電圧。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1B, 1C ... Switch-on power supply device 10, 20 ... Switching circuit, 30 ... Transformer, 31 ... Primary side winding, 32 ... Secondary side winding, 50 ... Reset circuit, 60, 60B ... Release circuit, 71, 72 ... voltage detection circuit, 73 ... control unit, 74 ... SW drive unit, 80B, 80C ... regeneration circuit, 81 ... transformer, BL ... battery, CH, CL ... smoothing capacitor, Cr11-Cr14, Cs ... capacitive element, Ds, D82, D84 ... Diode, Ia11, Ia12, Ib11, Ib12 ... Primary loop current, Ia21, Ia22, Ib21, Ib22 ... Secondary loop current, Ib3 ... Loop current, L1H ... Primary high voltage line, L1L ... primary side low voltage line, L2, L2H ... secondary side high voltage line, L2L ... secondary side low voltage line, Lch ... inductor, Lr ... resonance inductor, DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st starting period, P2 ... 2nd starting period, P3 ... Steady operation period, Rp, Rs ... Resistance element, S11-S14, S21-S23 ... SW control signal, SW11-SW14, SW21-SW23, SW83, SW85 ... switching elements, T1 to T4 ... terminals, VH, VL, VT1 ... voltage, VS ... surge voltage, VT2 ... target voltage.

Claims (4)

供給された第1の直流電圧を降圧して第2の直流電圧を生成する降圧動作モードと、供給された第2の直流電圧を昇圧して第1の直流電圧を生成する昇圧動作モードとを有するスイッチング電源装置であって、
1次側巻線と2次側巻線とを有するトランスと、
前記1次側巻線に接続され、前記降圧動作モードにおいて、スイッチング動作により前記第1の直流電圧を交流電圧に変換する1次側スイッチング回路と、
前記2次側巻線に接続され、前記昇圧動作モードにおいて、スイッチング動作により前記第2の直流電圧を交流電圧に変換する2次側スイッチング回路と、
前記2次側巻線に接続され、前記降圧動作モードにおいて、前記第2の直流電圧を生成するための平滑回路を構成するインダクタと、
前記インダクタに蓄積されたエネルギーを消費するための抵抗素子と、
前記抵抗素子におけるエネルギー消費を制御するための第1および第2の放出スイッチとを備え
前記抵抗素子の一端は前記第1の放出スイッチを介して前記インダクタの一端に接続され、
前記抵抗素子の他端は前記第2の放出スイッチを介して前記インダクタの他端に接続されているスイッチング電源装置。
A step-down operation mode in which the supplied first DC voltage is stepped down to generate a second DC voltage, and a step-up operation mode in which the supplied second DC voltage is stepped up to generate the first DC voltage. A switching power supply device comprising:
A transformer having a primary winding and a secondary winding;
A primary side switching circuit that is connected to the primary side winding and converts the first DC voltage into an AC voltage by a switching operation in the step-down operation mode;
A secondary side switching circuit that is connected to the secondary side winding and converts the second DC voltage into an AC voltage by a switching operation in the step-up operation mode;
An inductor connected to the secondary winding and constituting a smoothing circuit for generating the second DC voltage in the step-down operation mode;
A resistance element for consuming energy stored in the inductor;
And a first and second release switches for controlling energy consumption in the resistive element,
One end of the resistance element is connected to one end of the inductor via the first release switch,
The switching power supply device, wherein the other end of the resistance element is connected to the other end of the inductor via the second release switch .
前記2次側巻線は、第1および第2の2次側巻線を含み、
前記2次側スイッチング回路は、第1および第2のスイッチング素子を含み、
前記第1の2次側巻線の一端および前記第2の2次側巻線の一端は、互いに接続されるとともに前記インダクタに接続され、
前記第1の2次側巻線の他端は前記第1のスイッチング素子に接続され、
前記第2の2次側巻線の他端は前記第2のスイッチング素子に接続されている
請求項1に記載のスイッチング電源装置。
The secondary winding includes first and second secondary windings,
The secondary side switching circuit includes first and second switching elements,
One end of the first secondary winding and one end of the second secondary winding are connected to each other and to the inductor,
The other end of the first secondary winding is connected to the first switching element,
The switching power supply according to claim 1, wherein the other end of the second secondary winding is connected to the second switching element.
前記1次側スイッチング回路、前記2次側スイッチング回路、および前記第1および第2の放出スイッチをオンオフ制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記昇圧動作モードにおいて、
前記第1の電圧が所定の電圧より低い場合には、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子を、それぞれが同時にオフ状態になる期間を有するように交互にオンオフ制御し、
前記第1の電圧が前記所定の電圧より高い場合には、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子を、それぞれが同時にオン状態になる期間を有するように交互にオンオフ制御する
請求項に記載のスイッチング電源装置。
A control unit for controlling on / off of the primary side switching circuit, the secondary side switching circuit, and the first and second release switches;
The control unit, in the boost operation mode,
When the first voltage is lower than a predetermined voltage, the first switching element and the second switching element are alternately turned on and off so as to have a period in which each of the first voltage and the second switching element is simultaneously turned off.
When the first voltage is higher than the predetermined voltage, the first switching element and the second switching element are alternately turned on and off so as to have a period in which the first switching element and the second switching element are simultaneously turned on. 3. The switching power supply device according to 2.
前記制御部は、前記昇圧動作モードにおいて、
前記第1の電圧が前記所定の電圧より低い場合には前記第1および第2の放出スイッチをオン状態にし、
前記第1の電圧が前記所定の電圧より高い場合には前記第1および第2の放出スイッチをオフ状態にする
請求項に記載のスイッチング電源装置。
The control unit, in the boost operation mode,
If the first voltage is lower than the predetermined voltage, turn on the first and second release switches;
The switching power supply according to claim 3 , wherein when the first voltage is higher than the predetermined voltage, the first and second release switches are turned off.
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