JP5642621B2 - Switching power supply - Google Patents

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Description

この発明は、フェイズシフト制御により出力電圧を安定化するフルブリッジ型のスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a full-bridge type switching power supply apparatus that stabilizes an output voltage by phase shift control.

従来から、1kWを超えるような電力を取り扱うスイッチング電源装置では、高効率化やスイッチング周波数の固定化などの観点から、フェイズシフト制御によって出力電圧を安定化するフルブリッジ型の電源回路が使用されている。   Conventionally, in a switching power supply device that handles power exceeding 1 kW, a full-bridge type power supply circuit that stabilizes an output voltage by phase shift control has been used from the viewpoint of high efficiency and fixed switching frequency. Yes.

この種のスイッチング電源装置として、例えば、特許文献1に従来技術として開示されているように、トランスの一次巻線に接続された主スイッチング素子に流れるスイッチング電流を共振(いわゆる電流共振)させて電力変換を行い、フェイズシフト制御によって出力電圧を安定化するスイッチング電源装置がある。スイッチング電流を共振させる共振回路は、共振インダクタ及び共振コンデンサの直列回路で構成され、トランスの一次巻線と直列の位置に挿入されている。   As a switching power supply device of this type, for example, as disclosed in Patent Document 1 as a conventional technique, the switching current flowing through the main switching element connected to the primary winding of the transformer is resonated (so-called current resonance) to generate power. There is a switching power supply device that performs conversion and stabilizes an output voltage by phase shift control. The resonance circuit that resonates the switching current is composed of a series circuit of a resonance inductor and a resonance capacitor, and is inserted at a position in series with the primary winding of the transformer.

また、特許文献2に開示されたDC−DCコンバータは、トランスの一次巻線と直列の位置にゼロ電圧スイッチング(以下、ZVSと称す。)用の共振インダクタが挿入され、共振インダクタのエネルギー放出動作によって主スイッチング素子の両端に在るコンデンサの電荷の放出を補助し、ZVS動作を可能にしたものである。このDC−DCコンバータは、トランスの一次巻線及び共振インダクタの接続点と入力電源の両端との間に第1及び第2の回生ダイオードが設けられ、トランスの二次巻線に接続された整流ダイオードの両端に発生するサージ電圧を低減させている。   In the DC-DC converter disclosed in Patent Document 2, a resonance inductor for zero voltage switching (hereinafter referred to as ZVS) is inserted in a position in series with the primary winding of the transformer, and the energy discharging operation of the resonance inductor is performed. This assists the discharge of electric charges from the capacitors at both ends of the main switching element and enables the ZVS operation. In this DC-DC converter, first and second regenerative diodes are provided between the connection point of the primary winding and resonant inductor of the transformer and both ends of the input power supply, and the rectification is connected to the secondary winding of the transformer. Surge voltage generated at both ends of the diode is reduced.

特開2006−197711号公報JP 2006-197711 A 国際公開WO2007/000830号公報International Publication WO2007 / 000830

特許文献1の従来技術に係るスイッチング電源装置の場合、出力電流の状態によっては主スイッチング素子のZVS動作が不可能であり、主スイッチング素子のスイッチング損失が増加して効率低下を招くという問題がある。また、この問題を解決するため、特許文献1の発明に係るスイッチング電源装置では、2つのコンデンサと補助共振インダクタを用いた補助共振回路が設けられている。しかし、この補助共振回路を付加することによって、比較的外形の大きなインダクタ素子が少なくとも2つ(共振インダクタ及び補助共振インダクタ)必要になるので、実装スペースやコストの面で不利である。   In the case of the switching power supply device according to the prior art of Patent Document 1, the ZVS operation of the main switching element is impossible depending on the state of the output current, and there is a problem that the switching loss of the main switching element increases and the efficiency is lowered. . In order to solve this problem, the switching power supply device according to the invention of Patent Document 1 is provided with an auxiliary resonance circuit using two capacitors and an auxiliary resonance inductor. However, by adding this auxiliary resonance circuit, at least two inductor elements having a relatively large outer shape (resonance inductor and auxiliary resonance inductor) are required, which is disadvantageous in terms of mounting space and cost.

また、特許文献2のDC−DCコンバータの場合、入力電源が投入された起動時や出力電流が急峻に変化した時に、トランスが過渡的に直流偏磁して磁気飽和し、主スイッチング素子等に過大な電気的ストレスが加わって回路素子が破損するおそれがある。従って、磁気飽和に対して余裕を持たせるため、トランスの外形を大きくする必要があった。また、回生ダイオードに流れる電流の大小については特に考慮されておらず、共振インダクタを接続する位置によっては、回生ダイオードに過大な電流が流れ破損する心配があった。   Further, in the case of the DC-DC converter of Patent Document 2, when the input power is turned on or when the output current changes sharply, the transformer is transiently DC-biased and magnetically saturated, and becomes a main switching element. There is a risk of circuit elements being damaged due to excessive electrical stress. Therefore, it is necessary to increase the outer shape of the transformer in order to provide a margin for magnetic saturation. In addition, the magnitude of the current flowing through the regenerative diode is not particularly considered, and depending on the position where the resonant inductor is connected, an excessive current flows through the regenerative diode and may be damaged.

この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、主スイッチング素子のZVS動作を確実に行うことができ、特定の回路素子に過大な電気的ストレスが加わることなく安全性の高い小型のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described background art, can reliably perform the ZVS operation of the main switching element, and has a small size with high safety without applying excessive electrical stress to a specific circuit element. An object of the present invention is to provide a switching power supply apparatus.

この発明は、ハイサイド側及びグランド側に各々設けられた主スイッチング素子の直列回路で構成され、その両端に直流入力源が接続される第一アームと、ハイサイド側及びグランド側に各々設けられた他の主スイッチング素子の直列回路で構成され、前記第一のアームに並列接続された第二アームと、一次巻線及び二次巻線を有し、前記一次巻線が前記第一アームの中点と前記第二アームの中点との間に設けられたトランスと、前記トランスの前記二次巻線に接続され、前記二次巻線に発生した交流電圧を直流の出力電圧に変換して出力する整流平滑回路と、前記各主スイッチング素子をオンオフ駆動することによって、前記一次巻線に入力電圧が正方向に印加される第一の期間、入力電圧が印加されない第二の期間、負方向に印加される第三の期間、及び再度電圧が出力されない第四の期間を1周期とするフェイズシフト制御を行い、前記整流平滑回路の出力電圧を安定化するスイッチング制御回路と、を備えたフルブリッジ型のスイッチング電源装置であって、前記一次巻線と直列の位置に挿入され、前記トランスの直流偏磁を抑制する第一コンデンサと、前記一次巻線及び前記第一コンデンサと直列の位置であって、一端が前記第二アームの中点に接続される位置に挿入された共振インダクタと、前記共振インダクタの前記一次巻線側の一端にアノード端子が接続され、前記第一及び第二アームのハイサイド側の接続点にカソード端子が接続された第一回生ダイオードと、前記第一及び第二アームのグランド側の接続点にアノード端子が接続され、前記共振インダクタの前記一次巻線側の一端にカソード端子が接続された第二回生ダイオードとを備え、前記スイッチング制御回路は、前記第一アームを構成する前記主スイッチング素子のターンオン又はターンオフによって前記第一及び第三の期間を開始させ、前記第二アームを構成する前記主スイッチング素子のターンオン又はターンオフによって前記第二及び第四の期間を開始させる形でフェイズシフト制御を行うスイッチング電源装置である。 The present invention is composed of a series circuit of main switching elements provided on the high side and the ground side, respectively, a first arm having a DC input source connected to both ends thereof, and provided on the high side and the ground side, respectively. A second circuit connected in parallel to the first arm, a primary winding and a secondary winding, and the primary winding of the first arm A transformer provided between a middle point and the middle point of the second arm, and connected to the secondary winding of the transformer, converts an AC voltage generated in the secondary winding into a DC output voltage. The rectifying / smoothing circuit that outputs the output voltage and the main switching elements are turned on and off to perform a first period in which an input voltage is applied to the primary winding in a positive direction, a second period in which no input voltage is applied, and a negative period. Applied in the direction A full-bridge type switching power supply comprising: a switching control circuit that performs phase shift control with a period of three periods and a fourth period during which no voltage is output again as one cycle, and stabilizes the output voltage of the rectifying and smoothing circuit A first capacitor that is inserted in a position in series with the primary winding and suppresses DC bias of the transformer, and is in a position in series with the primary winding and the first capacitor, and has one end A resonant inductor inserted at a position connected to the midpoint of the second arm, and an anode terminal connected to one end of the resonant inductor on the primary winding side, on the high side of the first and second arms A first regenerative diode having a cathode terminal connected to a connection point; and an anode terminal connected to a ground side connection point of the first and second arms; A second regenerative diode having a cathode terminal connected to one end of the primary winding side, and the switching control circuit is configured to turn on or off the main switching element that constitutes the first arm. The switching power supply device performs phase shift control in such a manner that a period is started and the second and fourth periods are started by turning on or turning off the main switching element constituting the second arm.

前記第一及び第二アームが有する前記主スイッチング素子はN−chのMOS型FETで構成され、個々のドレイン・ソース間に、並列コンデンサとソース端子からドレイン端子の向きに導通可能な並列ダイオードとが設けられ、さらに、前記スイッチング制御回路は、前記第一アームのハイサイド側及びグランド側の前記主スイッチング素子を相補的にオンオフ反転させるとき、オンしている一方の前記主スイッチング素子をターンオフさせた後、オフしている他方の前記主スイッチング素子の両端電圧が、前記共振インダクタと前記並列コンデンサとの共振動作によってゼロボルトに向かって低下したタイミングで、当該他方の前記主スイッチング素子をターンオンさせ、前記第二アームのハイサイド側及びグランド側の前記主スイッチング素子を相補的にオンオフ反転させるとき、オンしている一方の前記主スイッチング素子をターンオフさせた後、オフしている他方の前記主スイッチング素子の両端電圧が、前記共振インダクタと前記並列コンデンサとの共振動作によってゼロボルトに向かって低下したタイミングで、当該他方の前記主スイッチング素子をターンオンさせる制御を行うようにしてもよい。   The main switching element of the first and second arms is composed of an N-ch MOS type FET, a parallel capacitor and a parallel diode capable of conducting in the direction from the source terminal to the drain terminal between the individual drains and sources. Furthermore, the switching control circuit turns off the one main switching element that is turned on when the main switching elements on the high side and ground side of the first arm are complementarily turned on and off. After that, at the timing when the voltage across the other main switching element that is turned off decreases toward zero volts due to the resonance operation of the resonant inductor and the parallel capacitor, the other main switching element is turned on, The main switch on the high side and ground side of the second arm When the switching element is turned on and off in a complementary manner, after turning off one of the main switching elements that is turned on, the voltage across the other main switching element that is turned off is the resonance inductor, the parallel capacitor, The other main switching element may be controlled to be turned on at a timing when the resonance operation decreases to zero volts.

前記トランスの前記一次及び二次巻線は、前記一次巻線側からみた漏れインダクタンスが、前記共振インダクタのインダクタンスよりも小さくなるように密に磁気結合していることが好ましい。また、前記第一及び第二回生ダイオードの中点と前記共振インダクタの前記一次巻線側の一端との間に、前記第一及び第二回生ダイオードに流れる回生電流を制限する第二コンデンサが挿入されていてもよい。   It is preferable that the primary and secondary windings of the transformer are magnetically coupled so that a leakage inductance viewed from the primary winding side is smaller than an inductance of the resonant inductor. Further, a second capacitor for limiting a regenerative current flowing in the first and second regenerative diodes is inserted between a midpoint of the first and second regenerative diodes and one end of the resonant inductor on the primary winding side. May be.

前記整流平滑回路は、全波整流方式、センタタップ方式、又はカレントダブラ方式の構成を備えている。また、前記整流平滑回路が有する整流部は、MOS型FETによる同期整流を行う構成にしてもよい。   The rectifying / smoothing circuit has a full-wave rectifying method, a center tap method, or a current doubler method. Further, the rectifying unit included in the rectifying / smoothing circuit may be configured to perform synchronous rectification using a MOS FET.

この発明のスイッチング電源装置は、共振インダクタの動作によって主スイッチング素子のZVS動作を確実に行うことが可能であり、さらにトランスの直流偏磁を抑制する第一コンデンサが設けられているので、入力投入などの過渡時においてもトランスの直流偏磁による磁気飽和を容易に回避し、各回路素子が破損するのを防止することができる。   In the switching power supply device of the present invention, the ZVS operation of the main switching element can be reliably performed by the operation of the resonant inductor, and further, the first capacitor that suppresses the DC bias of the transformer is provided. Even in a transient state, it is possible to easily avoid magnetic saturation due to the DC bias of the transformer and prevent each circuit element from being damaged.

また、第一及び第二回生ダイオードが行う回生動作によって整流平滑回路の整流素子に発生するサージ電圧が低く抑えられるので、整流素子として導通抵抗又は電圧降下の小さい低耐圧半導体を選定することが可能になり、電源効率を向上させることができる。また、共振インダクタを、前記一次巻線及び前記第一コンデンサと直列の位置であって、一端が前記第二アームの中点に接続される位置に挿入することによって、第一及び第二回生ダイオードに過大な電流が流れなくなるので安全性も高いものである。   In addition, since the surge voltage generated in the rectifying element of the rectifying and smoothing circuit is suppressed by the regenerative operation performed by the first and second regenerative diodes, it is possible to select a low withstand voltage semiconductor with a small conduction resistance or voltage drop as the rectifying element. Thus, power supply efficiency can be improved. Also, the first and second regenerative diodes can be obtained by inserting a resonant inductor at a position in series with the primary winding and the first capacitor and having one end connected to the midpoint of the second arm. In addition, since an excessive current does not flow, the safety is high.

この発明のスイッチング電源装置の第一実施形態を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a switching power supply device of the present invention. 第一コンデンサを設ける位置の各変形例を示す回路図(a),(b)である。It is a circuit diagram (a) and (b) which shows each modification of a position which provides the 1st capacitor. 第一実施形態のスイッチング電源装置の整流平滑回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the rectification smoothing circuit of the switching power supply device of 1st embodiment. 第一実施形態のスイッチング電源装置の定常動作を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the steady operation of the switching power supply device of a first embodiment. 第一実施形態のスイッチング電源装置の整流ダイオード38b両端の電圧波形(a)、第一及び第二回生ダイオードを設けない場合の整流ダイオード38b両端の電圧波形(b)である。It is the voltage waveform (a) of both ends of the rectifier diode 38b of the switching power supply device of the first embodiment, and the voltage waveform (b) of both ends of the rectifier diode 38b when the first and second regenerative diodes are not provided. 共振インダクタが不適切な位置に挿入された比較例のスイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of a switching power supply device of a comparative example in which a resonant inductor is inserted at an inappropriate position. 図6のスイッチング電源装置の定常動作を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the steady operation of the switching power supply device of FIG. 第一実施形態のスイッチング電源装置の整流平滑回路の各変形例を示す回路図(a),(b),(c)である。It is a circuit diagram (a), (b), and (c) which show each modification of a rectification smoothing circuit of a switching power supply device of a first embodiment. 第一実施形態のスイッチング電源装置に追加する第二コンデンサを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2nd capacitor added to the switching power supply device of 1st embodiment.

以下、この発明のスイッチング電源装置の第一実施形態について、図面に基づいて説明する。第一実施形態のスイッチング電源装置10は、図1に示すように、入力端子12a,12b間に入力された直流の入力電圧Viを直流の出力電圧Voに変換し、出力端子14a,14b間に接続された負荷16に、出力電圧Vo及び電流Ioを供給する電源装置である。ここで、入力及び出力端子12b,14bは、入力及び出力電圧Vi,Voのグランド側の電位であり、入力及び出力端子12a,14aがプラス側の電位である。   Hereinafter, a first embodiment of a switching power supply device of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the switching power supply device 10 of the first embodiment converts a DC input voltage Vi input between input terminals 12a and 12b into a DC output voltage Vo, and outputs between the output terminals 14a and 14b. This is a power supply device that supplies an output voltage Vo and a current Io to a connected load 16. Here, the input and output terminals 12b and 14b are ground-side potentials of the input and output voltages Vi and Vo, and the input and output terminals 12a and 14a are positive-side potentials.

入力端子12a,12b間には、ハイサイド側及びグランド側の主スイッチング素子18a,18bの直列回路である第一アーム18が接続され、さらに第一アーム18と並列に、ハイサイド側及びグランド側の主スイッチング素子20a,20bの直列回路である第二アーム20が接続されている。ここでは、主スイッチング素子18a,18b,20a,20bとしてN−chのMOS型FETが使用され、主スイッチング素子18a,20aのドレイン端子が入力端子12aに、主スイッチング素子18b,20bのソース端子が入力端子12bに各々接続されている。そして、主スイッチング素子18aのソース端子と主スイッチング素子18bのドレイン端子との接続点が第一アーム18の中点(以下、第一中点18cと称す。)であり、主スイッチング素子20aのソース端子と主スイッチング素子20bのドレイン端子との接続点が第二アーム20の中点20c(以下、第二中点20cと称す。)である。また、主スイッチング素子18a,18b,20a,20bの各チップ内部には、図示しない回路素子であって、ソース端子からドレイン端子の向きの寄生ダイオード、及びそれと並列の寄生コンデンサが形成されている。   A first arm 18, which is a series circuit of main switching elements 18 a and 18 b on the high side and ground side, is connected between the input terminals 12 a and 12 b, and further, in parallel with the first arm 18, the high side and ground side are connected. The second arm 20, which is a series circuit of the main switching elements 20a and 20b, is connected. Here, N-ch MOS FETs are used as the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b, the drain terminals of the main switching elements 18a and 20a are the input terminal 12a, and the source terminals of the main switching elements 18b and 20b are the main terminals. Each is connected to the input terminal 12b. The connection point between the source terminal of the main switching element 18a and the drain terminal of the main switching element 18b is the midpoint of the first arm 18 (hereinafter referred to as the first midpoint 18c), and the source of the main switching element 20a. A connection point between the terminal and the drain terminal of the main switching element 20b is a midpoint 20c of the second arm 20 (hereinafter referred to as a second midpoint 20c). Further, in each chip of the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b, there are formed circuit diodes (not shown), parasitic diodes in the direction from the source terminal to the drain terminal, and parasitic capacitors in parallel therewith.

なお、この実施形態では、各主スイッチング素子のドレイン・ソース間に設ける並列ダイオードと並列コンデンサが、寄生ダイオードと寄生コンデンサで構成されているが、さらに外部に高性能のダイオード素子を接続したり、静電容量調整用のコンデンサ素子を接続して構成してもよい。   In this embodiment, the parallel diode and the parallel capacitor provided between the drain and source of each main switching element are composed of a parasitic diode and a parasitic capacitor, but further, a high-performance diode element is connected to the outside, A capacitor element for adjusting capacitance may be connected.

第一中点18cと第二中点20cの間には、トランス22の一次巻線22aが設けられ、ドットが付された一端が第一中点18cに接続されている。トランス22は、一次巻線22aと二次巻線22bとを有し、それらは互いに密に磁気結合しており、一次巻線22a側から見た漏れインダクタンスは、後述する共振インダクタ26のインダクタンスよりも十分に小さい。   A primary winding 22a of the transformer 22 is provided between the first middle point 18c and the second middle point 20c, and one end with a dot is connected to the first middle point 18c. The transformer 22 includes a primary winding 22a and a secondary winding 22b, which are closely magnetically coupled to each other. The leakage inductance viewed from the primary winding 22a side is greater than the inductance of a resonant inductor 26 described later. Is small enough.

一次巻線22aの第二中点20c側の一端には、第一コンデンサ24の一端が接続され、第一コンデンサ24の他の一端と第二中点20cとの間に共振インダクタ26が接続されている。第一コンデンサ24は、トランス22の直流偏磁を抑制するコンデンサであり、一定以上の大きい容量値に設定され、スイッチング周波数におけるインピーダンスが十分小さい。従って、主スイッチング素子18a,18b,20a,20bに流れるスイッチング電流や一次巻線22aに発生する電圧の波形の形状に与える影響は小さい。共振インダクタ26は、自身のエネルギー放出動作によって主スイッチング素子18a,18b,20a,20bの両端にある図示しない寄生コンデンサの電荷放出を補助し、ZVS動作を可能にするものである。   One end of the first capacitor 24 is connected to one end of the primary winding 22a on the second middle point 20c side, and a resonant inductor 26 is connected between the other end of the first capacitor 24 and the second middle point 20c. ing. The first capacitor 24 is a capacitor that suppresses the direct current bias of the transformer 22, and is set to a large capacitance value above a certain level, and has a sufficiently small impedance at the switching frequency. Therefore, the influence on the waveform shape of the switching current flowing in the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b and the voltage generated in the primary winding 22a is small. The resonant inductor 26 assists the discharge of charges of parasitic capacitors (not shown) at both ends of the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b by its energy discharging operation, and enables the ZVS operation.

この一次巻線22a、第一コンデンサ24及び共振インダクタ26から成る直列回路は、共振インダクタ26の一端が第二中点20cに接続されるように構成されていればよく、例えば、図2(a)に示すように、一次巻線22aと第一コンデンサ24の配置を逆にしたり、図2(b)に示すように、複数に分割した第一コンデンサ24を一次巻線22aの両側に配置したりする構成にすることも可能である。   The series circuit including the primary winding 22a, the first capacitor 24, and the resonant inductor 26 may be configured so that one end of the resonant inductor 26 is connected to the second middle point 20c. For example, FIG. ), The arrangement of the primary winding 22a and the first capacitor 24 is reversed, or as shown in FIG. 2B, the divided first capacitor 24 is arranged on both sides of the primary winding 22a. It is also possible to adopt a configuration such as

共振インダクタ26の一端には、第一及び第二回生ダイオード28a,28bが接続されている。第一回生ダイオード28aは、共振インダクタ26の一次巻線22a側の一端にアノード端子が接続され、第一及び第二アーム18,20のハイサイド側の接続点にカソード端子が接続されている。第二回生ダイオード28bは、共振インダクタ26の一次巻線22a側の一端にカソード端子が接続され、第一及び第二アーム18,20のグランド側の接続点にアノード端子が接続されている。   First and second regenerative diodes 28 a and 28 b are connected to one end of the resonant inductor 26. The first regenerative diode 28 a has an anode terminal connected to one end on the primary winding 22 a side of the resonant inductor 26, and a cathode terminal connected to a connection point on the high side of the first and second arms 18 and 20. The second regenerative diode 28 b has a cathode terminal connected to one end on the primary winding 22 a side of the resonant inductor 26, and an anode terminal connected to a connection point on the ground side of the first and second arms 18 and 20.

トランス22の二次巻線22bの両端に、二次巻線22bに発生する交流電圧を直流の出力電圧Voに変換して出力端子14a,14bに出力する整流平滑回路30が設けられている。整流平滑回路30は、図3に示すように全波整流方式の構成を有し、整流部32及び平滑部34で構成されている。整流部32は、二次巻線22bのドットが付された端子にアノード端子及びカソード端子が各々接続された整流ダイオード36a,36bと、二次巻線22bの他の一端にアノード端子及びカソード端子が各々接続された整流ダイオード38a,38bとで構成されている。整流ダイオード36a,38aはカソード端子同士が接続され、整流ダイオード36b,38bはアノード端子同士が接続され、当該2つの接続点の間に、二次巻線22aの交流電圧を全波整流した波形が出力される。平滑部34は、平滑インダクタ40及び平滑コンデンサ42で構成されたローパスフィルタであり、整流部32が出力した全波整流波形を平滑して直流の出力電圧Voを出力する。   A rectifying / smoothing circuit 30 is provided at both ends of the secondary winding 22b of the transformer 22 to convert the AC voltage generated in the secondary winding 22b into a DC output voltage Vo and output it to the output terminals 14a and 14b. The rectifying / smoothing circuit 30 has a full-wave rectifying configuration as shown in FIG. 3, and includes a rectifying unit 32 and a smoothing unit 34. The rectifier 32 includes rectifier diodes 36a and 36b each having an anode terminal and a cathode terminal connected to a dot-attached terminal of the secondary winding 22b, and an anode terminal and a cathode terminal at the other end of the secondary winding 22b. Are composed of rectifier diodes 38a and 38b connected to each other. The rectifier diodes 36a and 38a have their cathode terminals connected to each other, the rectifier diodes 36b and 38b have their anode terminals connected to each other, and a waveform obtained by full-wave rectifying the AC voltage of the secondary winding 22a between the two connection points. Is output. The smoothing unit 34 is a low-pass filter including a smoothing inductor 40 and a smoothing capacitor 42, and smoothes the full-wave rectified waveform output from the rectifying unit 32 and outputs a DC output voltage Vo.

主スイッチング素子18a,18b,20a,20bは、スイッチング制御回路44によってオンオフ駆動される。スイッチング制御回路44は、出力電圧Voに基づき、時比率が約50%で個々に位相が異なる4種類の駆動パルスを生成し、主スイッチング素子18a,18b,20a,20bの駆動端子に向けて出力する。そして、4つの主スイッチング素子を互いに異なる位相でオンオフさせることによって、一次巻線22aに入力電圧Viが正方向(ドットを付した側が高電位)に印加される第一の期間T11、入力電圧Viが印加されない第二の期間T12、負方向(ドットと反対側が高電位)に印加される第三の期間T13、及び再度電圧が出力されない第四の期間T14を設け、期間T11〜T14を1周期とする一定周波数のフェイズシフト制御を行い、出力電圧Voを安定化する。このとき、スイッチング制御回路44は、第一アーム18側の主スイッチング素子18a,18bのターンオン又はターンオフによって第一及び第三の期間T11,T13を開始させ、第二アーム20側の主スイッチング素子20a,20bのターンオン又はターンオフによって第二及び第四の期間T12,T14を開始させる制御を行う。   The main switching elements 18a, 18b, 20a, 20b are driven on and off by the switching control circuit 44. The switching control circuit 44 generates four types of drive pulses having a duty ratio of about 50% and different phases based on the output voltage Vo, and outputs them to the drive terminals of the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b. To do. Then, by turning on and off the four main switching elements at different phases, a first period T11 in which the input voltage Vi is applied to the primary winding 22a in the positive direction (the dot-attached side is a high potential), the input voltage Vi Is provided in a second period T12 in which no voltage is applied, a third period T13 in which the negative direction (on the side opposite to the dots is at a high potential), and a fourth period T14 in which no voltage is output again are provided. The output voltage Vo is stabilized by performing phase shift control at a constant frequency. At this time, the switching control circuit 44 starts the first and third periods T11 and T13 by turning on or off the main switching elements 18a and 18b on the first arm 18 side, and the main switching element 20a on the second arm 20 side. , 20b is turned on or off, and the second and fourth periods T12 and T14 are started.

次に、スイッチング電源装置10の定常動作について、図4のタイムチャートに基づいて説明する。ここで、定常動作とは、入力端子12a,12b間に入力電圧Viが投入された後ある程度の時間が経過し、負荷16に一定の出力電圧Vo及び電流Ioを安定的に供給している状態をいう。また、図4において、電圧Vg−−18a,Vg−18b,Vg−20a,Vg−20bは、それぞれ主スイッチング素子18a,18b,20a,20bの駆動端子に印加される駆動パルスであり、駆動パルスを受けた各主スイッチング素子は、ハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフする。電圧V−22aは、トランス22の一次巻線22aの電圧(ドットが付されていない端子が基準電位)である。電圧Vd−18a,Vd−20aは、主スイッチング素子18a,20aのドレイン・ソース間の電圧(ソース端子が基準電位)であり、電流Id−18a,Id−20aは、主スイッチング素子18a,20aに流れるスイッチング電流(ドレイン端子からソース端子の向きが正方向)である。電圧Vf−38b,Vf−36bは、整流ダイオード38b,36bの両端電圧(アノード端子が基準電位)であり、電流If−38b,If−36bは、整流ダイオード38b,36bに流れる電流(アノード端子からカソード端子の向きが正方向)である。電流If−28a,If−28bは、第一及び第二回生ダイオード28a,28bに流れる回生電流(アノード端子からカソード端子の向きが正方向)である。   Next, the steady operation of the switching power supply device 10 will be described based on the time chart of FIG. Here, the steady operation is a state in which a certain amount of time has elapsed after the input voltage Vi is input between the input terminals 12a and 12b, and a constant output voltage Vo and current Io are stably supplied to the load 16. Say. In FIG. 4, voltages Vg-18a, Vg-18b, Vg-20a, Vg-20b are drive pulses applied to the drive terminals of the main switching elements 18a, 18b, 20a, 20b, respectively. Each of the main switching elements that receives the signal is turned on when the level is high and turned off when the level is low. The voltage V-22a is a voltage of the primary winding 22a of the transformer 22 (a terminal without a dot is a reference potential). The voltages Vd-18a and Vd-20a are voltages between the drain and source of the main switching elements 18a and 20a (the source terminal is a reference potential), and the currents Id-18a and Id-20a are applied to the main switching elements 18a and 20a. This is a switching current that flows (the direction from the drain terminal to the source terminal is the positive direction). The voltages Vf-38b and Vf-36b are voltages across the rectifier diodes 38b and 36b (the anode terminal is a reference potential), and the currents If-38b and If-36b are currents flowing from the rectifier diodes 38b and 36b (from the anode terminal). The direction of the cathode terminal is the positive direction). The currents If-28a and If-28b are regenerative currents flowing through the first and second regenerative diodes 28a and 28b (the direction from the anode terminal to the cathode terminal is the positive direction).

第一の期間T11は、主スイッチング素子18a,18b,20a,20bは、各々オン、オフ、オフ、オンの状態である。このとき、第一コンデンサ24と共振インダクタ26のインピーダンスが一次巻線22a両端のインピーダンスよりも十分小さいので、電圧V−22aに示すように、一次巻線22aに入力電圧Viとほぼ等しい電圧が正方向に印加される。   In the first period T11, the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b are on, off, off, and on, respectively. At this time, since the impedance of the first capacitor 24 and the resonant inductor 26 is sufficiently smaller than the impedance at both ends of the primary winding 22a, a voltage substantially equal to the input voltage Vi is positive in the primary winding 22a as indicated by the voltage V-22a. Applied in the direction.

期間T11に移行した直後のごく短い期間に行われるZVS動作については後述するが、それ以降の期間は、スイッチング電流が、直流入力電源、入力端子12a、主スイッチング素子18a、一次巻線22a、二次巻線22b、整流ダイオード36a、平滑インダクタ40、平滑コンデンサ42及び負荷16、整流ダイオード38b、二次巻線22b、一次巻線22a、第一コンデンサ24、共振インダクタ26、主スイッチング素子20b、入力端子12bの経路に流れる。このスイッチング電流は、電流Id−18a,If−38bの波形に示すように、ほぼ平滑インダクタ40によって規定される傾きで緩やかに増加する波形となり、負荷16に出力電流Ioを供給すると同時に、平滑インダクタ40及び共振インダクタ26に励磁エネルギーを蓄積する。また、整流ダイオード36b,38aはオフしており、電圧Vf−36bの波形に示す電圧、すなわち二次巻線22bにドットの向きに発生する一定電圧が印加される。また、第一回生ダイオード28aの両端にはほぼ入力電圧Viが逆方向に印加され、第二回生ダイオード28bの両端は電位差がほぼゼロになるので、電流If−28a,If−28bは流れない。   The ZVS operation performed in a very short period immediately after the transition to the period T11 will be described later. In the subsequent period, the switching current is the DC input power supply, the input terminal 12a, the main switching element 18a, the primary winding 22a, the second winding. Secondary winding 22b, rectifier diode 36a, smoothing inductor 40, smoothing capacitor 42 and load 16, rectifier diode 38b, secondary winding 22b, primary winding 22a, first capacitor 24, resonant inductor 26, main switching element 20b, input It flows in the path of the terminal 12b. As shown in the waveforms of the currents Id-18a and If-38b, the switching current has a waveform that gradually increases with a slope substantially defined by the smoothing inductor 40, and simultaneously supplies the output current Io to the load 16, and at the same time, the smoothing inductor. 40 and the resonant inductor 26 store excitation energy. Further, the rectifier diodes 36b and 38a are off, and the voltage indicated by the waveform of the voltage Vf-36b, that is, a constant voltage generated in the direction of the dots is applied to the secondary winding 22b. In addition, the input voltage Vi is applied to both ends of the first regenerative diode 28a in the opposite direction, and the potential difference between the both ends of the second regenerative diode 28b becomes almost zero, so that the currents If-28a and If-28b do not flow.

第二の期間T12になると、主スイッチング素子18a,18b,20a,20bが、各々オン、オフ、オン、オフの状態になる。期間T11から期間T12に移行する時、スイッチング制御回路44は、まず主スイッチング素子20bをターンオフさせ、その後、図示しない短い期間Tdが経過した時に主スイッチング素子20aをターンオンさせることによって、主スイッチング素子20aのZVS動作を実現する。   In the second period T12, the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b are turned on, off, on, and off, respectively. When shifting from the period T11 to the period T12, the switching control circuit 44 first turns off the main switching element 20b, and then turns on the main switching element 20a when a short period Td (not shown) has elapsed, thereby turning the main switching element 20a on. The ZVS operation is realized.

期間T11の間、主スイッチング素子20aの図示しない寄生コンデンサは、ほぼ入力電圧Viに充電されている。期間12に移行する時、まず主スイッチング素子20bがターンオフすることによって、共振インダクタ26の励磁エネルギーを放出する電流が、共振インダクタ26、当該寄生コンデンサ、主スイッチング素子18a、一次巻線22a、第一コンデンサ24の経路に流れ始める。この電流により当該寄生コンデンサが放電され、主スイッチング素子20aの電圧Vd−20aが低下する。そして、期間Tdが経過して電圧Vd−20aがほぼゼロボルトになった時に主スイッチング素子20aがターンオンする。この動作により、主スイッチング素子20aのZVS動作が行われる。 期間Td以降の期間は、一次巻線22aの電圧V−22aがほぼゼロボルトとなり、平滑インダクタ40が励磁エネルギーを放出する電流が、平滑インダクタ40、平滑コンデンサ42及び負荷16、整流ダイオード38b、二次巻線22b、一次巻線22a、第一コンデンサ24、共振インダクタ26、主スイッチング素子20a、主スイッチング素子18a、一次巻線22a、二次巻線22b、整流ダイオード36aの経路に流れる。この電流は、電流Id−18a,Id−20a,If−38bの波形に示すように、ほぼ平滑インダクタ40によって規定される傾きで緩やかに減少する波形となり、負荷16に出力電流Ioを供給する。また、整流ダイオード36b,38aにはほとんど電流が流れず、電圧Vf−36bの波形に示すように、両端の電位差もほぼゼロになる。   During the period T11, a parasitic capacitor (not shown) of the main switching element 20a is almost charged to the input voltage Vi. When the period 12 is started, first, the main switching element 20b is turned off, so that the current that releases the excitation energy of the resonant inductor 26 becomes the resonant inductor 26, the parasitic capacitor, the main switching element 18a, the primary winding 22a, the first It begins to flow in the path of the capacitor 24. The parasitic capacitor is discharged by this current, and the voltage Vd-20a of the main switching element 20a decreases. When the period Td elapses and the voltage Vd-20a becomes approximately zero volts, the main switching element 20a is turned on. With this operation, the ZVS operation of the main switching element 20a is performed. In the period after the period Td, the voltage V-22a of the primary winding 22a becomes substantially zero volts, and the current that the smoothing inductor 40 releases the excitation energy is the smoothing inductor 40, the smoothing capacitor 42 and the load 16, the rectifier diode 38b, the secondary The winding 22b, the primary winding 22a, the first capacitor 24, the resonant inductor 26, the main switching element 20a, the main switching element 18a, the primary winding 22a, the secondary winding 22b, and the rectifier diode 36a flow. As shown by the waveforms of currents Id-18a, Id-20a, and If-38b, this current has a waveform that gradually decreases with a slope substantially defined by the smoothing inductor 40, and supplies the output current Io to the load 16. Further, almost no current flows through the rectifier diodes 36b and 38a, and the potential difference between both ends becomes almost zero as shown by the waveform of the voltage Vf−36b.

このとき、共振インダクタ26は、直前の期間Tdから継続して励磁エネルギーを放出する動作を行うので、共振インダクタ26の両端に、第一中点18c側の一端から第二中点20c側一端の向きに僅かな電圧が発生し、第一回生ダイオード28aの両端に逆電圧が印加される。また、第二回生ダイオード28bの両端にはほぼ入力電圧Viが逆方向に印加される。従って、電流If−28a,If−28bは流れない。   At this time, the resonant inductor 26 continuously performs the operation of releasing the excitation energy from the immediately preceding period Td. Therefore, the resonant inductor 26 is connected to both ends of the resonant inductor 26 from one end on the first middle point 18c side to one end on the second middle point 20c side. A slight voltage is generated in the direction, and a reverse voltage is applied to both ends of the first regenerative diode 28a. Further, the input voltage Vi is applied to the opposite ends of the second regenerative diode 28b in substantially the opposite direction. Therefore, currents If-28a and If-28b do not flow.

第三の期間T13になると、主スイッチング素子18a,18b,20a,20bが、各々オフ、オン、オン、オフの状態になる。期間T12から期間T13に移行する時、スイッチング制御回路44は、まず主スイッチング素子18aをターンオフさせ、その後、図示しない短い期間Tdが経過した時に主スイッチング素子18bをターンオンさせることによって、主スイッチング素子18bのZVS動作を実現する。   In the third period T13, the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b are turned off, on, on, and off, respectively. When shifting from the period T12 to the period T13, the switching control circuit 44 first turns off the main switching element 18a, and then turns on the main switching element 18b when a short period Td (not shown) elapses, whereby the main switching element 18b. The ZVS operation is realized.

期間T12の間、主スイッチング素子18bの図示しない寄生コンデンサは、ほぼ入力電圧Viに充電されている。期間13に移行する時、まず主スイッチング素子18aがターンオフすることによって、共振インダクタ26の励磁エネルギーを放出する電流が、共振インダクタ26、主スイッチング素子20a、入力端子12a、直流入力電源、入力端子12b、当該寄生コンデンサ、一次巻線22a、第一コンデンサ24の経路に流れ始め、この電流により当該寄生コンデンサが放電され、主スイッチング素子18bの両端電圧が低下する。そして、期間Tdが経過して両端電圧がほぼゼロボルトになった時に主スイッチング素子18bがターンオンする。このような動作により、主スイッチング素子18bのZVS動作が安定に行われる。 During the period T12, the parasitic capacitor (not shown) of the main switching element 18b is almost charged to the input voltage Vi. When migrating to a period T 13, the first that the main switching element 18a is turned off, current that emits excitation energy in the resonant inductor 26, resonant inductor 26, a main switching element 20a, the input terminal 12a, a DC input power source, an input terminal 12b, the parasitic capacitor, the primary winding 22a, and the first capacitor 24 begin to flow. Due to this current, the parasitic capacitor is discharged, and the voltage across the main switching element 18b decreases. Then, when the period Td elapses and the voltage between both ends becomes approximately zero volts, the main switching element 18b is turned on. With such an operation, the ZVS operation of the main switching element 18b is stably performed.

期間Tdが経過すると、電圧V−22aに示すように、一次巻線22aに入力電圧Viとほぼ等しい電圧が負方向に印加される。すると、スイッチング電流が、直流入力電源、入力端子12a、主スイッチング素子20a、共振インダクタ26、第一コンデンサ24、一次巻線22a、二次巻線22b、整流ダイオード38a、平滑インダクタ40、平滑コンデンサ42及び負荷16、整流ダイオード36b、二次巻線22b、一次巻線22a、主スイッチング素子18b、入力端子12bの経路に流れ始める。このスイッチング電流は、電流Id−20a,If−36bの波形に示すように急峻な傾きで増加し、共振インダクタ26に励磁エネルギーを蓄積する。   When the period Td elapses, a voltage substantially equal to the input voltage Vi is applied in the negative direction to the primary winding 22a as indicated by a voltage V-22a. Then, the switching current is changed to DC input power supply, input terminal 12a, main switching element 20a, resonant inductor 26, first capacitor 24, primary winding 22a, secondary winding 22b, rectifier diode 38a, smoothing inductor 40, smoothing capacitor 42. And the load 16, the rectifier diode 36b, the secondary winding 22b, the primary winding 22a, the main switching element 18b, and the input terminal 12b. This switching current increases with a steep slope as shown by the waveforms of the currents Id-20a and If-36b, and accumulates excitation energy in the resonant inductor 26.

一方、整流ダイオード38bは、電流If−38bが急峻な傾きでゼロアンペアまで減少してオフし、その両端に電圧Vf−38bの波形に示す電圧、すなわち二次巻線22bにドットと反対の向きに発生する一定電圧が印加される。このとき、電圧Vf−38bに大きなサージ電圧が発生しないのは、第一回生ダイオード28aの働きによる。   On the other hand, in the rectifier diode 38b, the current If-38b decreases to zero ampere with a steep slope and turns off, and the voltage indicated by the waveform of the voltage Vf-38b at both ends, that is, the direction opposite to the dot on the secondary winding 22b. A constant voltage generated is applied. At this time, a large surge voltage is not generated in the voltage Vf-38b due to the action of the first regenerative diode 28a.

仮に第一回生ダイオード28aが設けられていないとすると、電圧Vf−38bが一定電圧まで上昇すると、整流ダイオード38bの図示しない寄生容量と共振インダクタ26との間の共振によるリンギングが起こり、図5(b)に示すように、大きなサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、整流ダイオード38bにリカバリ電流が生じやすいファストリカバリダイオードを用いた場合に特に大きくなり、リカバリ電流がほとんど生じないショットキバリアダイオード等を用いた場合でも発生する。しかし、スイッチング電源装置10は、第一回生ダイオード28aが設けられているので、電圧Vf−38bが一定電圧(入力電圧Viをトランス22の巻数比倍した電圧)を超えようとし、一次巻線22aの電圧V−22aも入力電圧Viを超えようとすると、第一回生ダイオード28aが導通し、直流入力電源が一次巻線22aの両端に並列接続された状態になる。そして、直流入力電源に向けて電流If−28aの波形に示す回生電流が流れることによって、電圧V−22aの上昇が停止し、入力電圧Viにクランプされる。従って、電圧Vf−38bも一定電圧を超えて上昇できず、図5(a)に示すように、サージ電圧が小さく抑えられる。また、整流ダイオード38bと同タイミングでオフする整流ダイオード36aについても、同様の動作により、両端に大きなサージ電圧が発生しない。   If the first regenerative diode 28a is not provided, when the voltage Vf-38b rises to a certain voltage, ringing due to resonance between the parasitic capacitance (not shown) of the rectifier diode 38b and the resonant inductor 26 occurs, and FIG. As shown in b), a large surge voltage is generated. This surge voltage is particularly large when a fast recovery diode that easily generates a recovery current is used as the rectifier diode 38b, and is generated even when a Schottky barrier diode or the like that hardly generates a recovery current is used. However, since the switching power supply 10 is provided with the first regenerative diode 28a, the voltage Vf-38b tends to exceed a certain voltage (voltage obtained by multiplying the input voltage Vi by the turns ratio of the transformer 22), and the primary winding 22a. If the voltage V-22a also exceeds the input voltage Vi, the first regenerative diode 28a becomes conductive, and the DC input power source is connected in parallel to both ends of the primary winding 22a. Then, when the regenerative current indicated by the waveform of the current If-28a flows toward the DC input power supply, the rise of the voltage V-22a is stopped and clamped to the input voltage Vi. Therefore, the voltage Vf-38b cannot rise beyond a certain voltage, and the surge voltage can be kept small as shown in FIG. Further, the rectifier diode 36a that is turned off at the same timing as the rectifier diode 38b does not generate a large surge voltage at both ends by the same operation.

第一回生ダイオード28aに回生電流が流れた後、スイッチング電流は、電流Id−20a,If−36bの波形に示すように、ほぼ平滑インダクタ40によって規定される傾きで緩やかに増加する波形となり、負荷16に出力電流Ioを供給すると同時に、平滑インダクタ40及び共振インダクタ26に励磁エネルギーを蓄積する。また、整流ダイオード36b,38aはオフのまま、電圧Vf−36bの波形に示す一定電圧が印加される。また、第一回生ダイオード28aの両端は電位差がほぼゼロになり、第二回生ダイオード28bの両端にはほぼ入力電圧Viが逆方向に印加されるので、電流If−28a,If−28bは流れない。   After the regenerative current flows through the first regenerative diode 28a, the switching current has a waveform that gradually increases with a slope substantially defined by the smoothing inductor 40, as shown by the waveforms of the currents Id-20a and If-36b. At the same time as the output current Io is supplied to 16, the excitation energy is stored in the smoothing inductor 40 and the resonant inductor 26. Further, the constant voltage shown in the waveform of the voltage Vf-36b is applied while the rectifier diodes 36b and 38a are off. In addition, the potential difference between both ends of the first regenerative diode 28a becomes almost zero, and the input voltage Vi is applied to both ends of the second regenerative diode 28b in the opposite direction, so that the currents If-28a and If-28b do not flow. .

第四の期間T14になると、主スイッチング素子18a,18b,20a,20bが、各々オフ、オン、オフ、オンの状態になる。期間T13から期間T14に移行する時、スイッチング制御回路44は、まず主スイッチング素子20aをターンオフさせ、その後、図示しない短い期間Tdが経過した時に主スイッチング素子20bをターンオンさせることによって、主スイッチング素子20bのZVS動作を実現する。   In the fourth period T14, the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b are turned off, on, off, and on, respectively. When shifting from the period T13 to the period T14, the switching control circuit 44 first turns off the main switching element 20a, and then turns on the main switching element 20b when a short period Td (not shown) has elapsed, thereby switching the main switching element 20b. The ZVS operation is realized.

期間T13の間、主スイッチング素子20bの図示しない寄生コンデンサは、ほぼ入力電圧Viに充電されている。期間14に移行する時、まず主スイッチング素子20aがターンオフすることによって、共振インダクタ26が励磁エネルギーを放出する電流が、共振インダクタ26、第一コンデンサ24、一次巻線22a、主スイッチング素子18b、当該寄生コンデンサの経路に流れ始める。この電流により当該寄生コンデンサが放電され、主スイッチング素子20bの両端電圧が低下する。そして、期間Tdが経過して両端電圧がゼロボルトになった時に主スイッチング素子20bがターンオンする。この動作により、主スイッチング素子20bのZVS動作が安定に行われる。   During the period T13, the parasitic capacitor (not shown) of the main switching element 20b is almost charged to the input voltage Vi. When the period 14 is started, first, the main switching element 20a is turned off, so that the current that the resonant inductor 26 releases the excitation energy is the resonant inductor 26, the first capacitor 24, the primary winding 22a, the main switching element 18b, It begins to flow in the path of the parasitic capacitor. The parasitic capacitor is discharged by this current, and the voltage across the main switching element 20b decreases. The main switching element 20b is turned on when the voltage at both ends becomes zero volts after the period Td elapses. With this operation, the ZVS operation of the main switching element 20b is stably performed.

期間Td以降の期間は、一次巻線22aの電圧V−22aがほぼゼロボルトとなり、平滑インダクタ40が励磁エネルギーを放出する電流が、平滑インダクタ40、平滑コンデンサ42及び負荷16、整流ダイオード36b、二次巻線22b、一次巻線22a、主スイッチング素子18b、主スイッチング素子20b、共振インダクタ26、第一コンデンサ24、一次巻線22a、二次巻線22b、整流ダイオード38aの経路に流れる。この電流は、If−36bの波形に示すように、ほぼ平滑インダクタ40によって規定される傾きで緩やかに減少する波形となり、負荷16に出力電流Ioを供給する。また、整流ダイオード36a,38bにはほとんど電流が流れず、電圧Vf−38bの波形に示すように両端の電位差もほぼゼロになる。   In the period after the period Td, the voltage V-22a of the primary winding 22a becomes substantially zero volts, and the current that the smoothing inductor 40 releases the excitation energy is the smoothing inductor 40, the smoothing capacitor 42 and the load 16, the rectifier diode 36b, the secondary The winding 22b, the primary winding 22a, the main switching element 18b, the main switching element 20b, the resonant inductor 26, the first capacitor 24, the primary winding 22a, the secondary winding 22b, and the rectifier diode 38a flow. As shown by the waveform If-36b, this current has a waveform that gradually decreases with a slope substantially defined by the smoothing inductor 40, and supplies the output current Io to the load 16. Further, almost no current flows through the rectifier diodes 36a and 38b, and the potential difference between both ends becomes almost zero as shown by the waveform of the voltage Vf−38b.

このとき、共振インダクタ26は、直前の期間Tdから継続して励磁エネルギーを放出する動作を行うので、共振インダクタ26の両端に、第二中点20c側の一端から第一中点18c側の一端の向きに僅かな電圧が発生し、第二回生ダイオード28bの両端に逆電圧が印加される。また、第一回生ダイオード28aの両端にはほぼ入力電圧Viが逆方向に印加される。従って、電流If−28a,If−28bは流れない。   At this time, the resonant inductor 26 performs an operation of releasing the excitation energy continuously from the immediately preceding period Td. Therefore, the resonant inductor 26 is connected to both ends of the resonant inductor 26 from one end on the second middle point 20c side to one end on the first middle point 18c side. A slight voltage is generated in the direction of, and a reverse voltage is applied across the second regenerative diode 28b. Further, the input voltage Vi is applied to the opposite ends of the first regenerative diode 28a in the reverse direction. Therefore, currents If-28a and If-28b do not flow.

再び、第一の期間T11になると、主スイッチング素子18a,18b,20a,20bが、各々オン、オフ、オフ、オンの状態になる。期間T14から期間T11に移行する時、スイッチング制御回路44は、まず主スイッチング素子18bをターンオフさせ、その後、図示しない短い期間Tdが経過した時に主スイッチング素子18aをターンオンさせることによって、主スイッチング素子18aのZVS動作を実現する。   In the first period T11 again, the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b are turned on, off, off, and on, respectively. When shifting from the period T14 to the period T11, the switching control circuit 44 first turns off the main switching element 18b, and then turns on the main switching element 18a when a short period Td (not shown) elapses, whereby the main switching element 18a. The ZVS operation is realized.

期間T14の間、主スイッチング素子18aの図示しない寄生コンデンサは、ほぼ入力電圧Viに充電されている。期間11に移行する時、まず主スイッチング素子18bがターンオフすることによって、共振インダクタ26が励磁エネルギーを放出する電流が、共振インダクタ26、第一コンデンサ24、一次巻線22a、当該寄生コンデンサ、入力端子12a、直流入力電源、入力端子12b、主スイッチング素子20bの経路に流れ始め、この電流により当該寄生コンデンサが放電され、主スイッチング素子18aの両端電圧が低下する。そして、期間Tdが経過して両端電圧がほぼゼロボルトになった時に主スイッチング素子18aがターンオンする。このような動作により、主スイッチング素子18aのZVS動作が安定に行われる。   During the period T14, the parasitic capacitor (not shown) of the main switching element 18a is almost charged to the input voltage Vi. When the period 11 is started, first, the main switching element 18b is turned off, so that the current that the resonant inductor 26 releases the excitation energy is the resonant inductor 26, the first capacitor 24, the primary winding 22a, the parasitic capacitor, the input terminal. 12a, the DC input power supply, the input terminal 12b, and the main switching element 20b begin to flow, and this current discharges the parasitic capacitor, and the voltage across the main switching element 18a decreases. Then, when the period Td elapses and the voltage between both ends becomes approximately zero volts, the main switching element 18a is turned on. With such an operation, the ZVS operation of the main switching element 18a is stably performed.

期間Tdが経過すると、電圧V−22aに示すように、一次巻線22aに入力電圧Viとほぼ等しい電圧が正方向に印加される。すると、スイッチング電流が、直流入力電源、入力端子12a、主スイッチング素子18a、一次巻線22a、二次巻線22b、整流ダイオード36a、平滑インダクタ40、平滑コンデンサ42及び負荷16、整流ダイオード38b、二次巻線22b、一次巻線22a、第一コンデンサ24、共振インダクタ26、主スイッチング素子20b、入力端子12bの経路に流れ始める。このスイッチング電流は、電流Id−18a,If−38bの波形に示すように急峻な傾きで増加し、共振インダクタ26に励磁エネルギーを蓄積する。   When the period Td elapses, a voltage substantially equal to the input voltage Vi is applied to the primary winding 22a in the positive direction as indicated by a voltage V-22a. Then, the switching current is changed to DC input power supply, input terminal 12a, main switching element 18a, primary winding 22a, secondary winding 22b, rectifier diode 36a, smoothing inductor 40, smoothing capacitor 42 and load 16, rectifier diode 38b, two The secondary winding 22b, the primary winding 22a, the first capacitor 24, the resonant inductor 26, the main switching element 20b, and the input terminal 12b start to flow. The switching current increases with a steep slope as shown by the waveforms of the currents Id-18a and If-38b, and the excitation energy is accumulated in the resonant inductor 26.

一方、整流ダイオード36bは、電流If−36bが急峻な傾きでゼロアンペアまで減少してオフし、その両端に電圧Vf−36bの波形に示す電圧、すなわち二次巻線22bにドットの向きに発生する一定電圧が印加される。このとき、電圧Vf−36bに大きなサージ電圧が発生しないのは、第二回生ダイオード28bの働きによる。   On the other hand, in the rectifier diode 36b, the current If-36b decreases to zero ampere with a steep slope and is turned off, and the voltage indicated by the waveform of the voltage Vf-36b is generated at both ends, that is, in the direction of the dots in the secondary winding 22b. A constant voltage is applied. At this time, a large surge voltage is not generated in the voltage Vf-36b due to the action of the second regenerative diode 28b.

仮に第二回生ダイオード28bが設けられていないとすると、電圧Vf−36bが一定電圧まで上昇すると、整流ダイオード36bの図示しない寄生容量と共振インダクタ26との間の共振によるリンギングが起こり、大きなサージ電圧が発生する。しかし、スイッチング電源装置10は、第二回生ダイオード28bが設けられているので、電圧Vf−36bが一定電圧(入力電圧Viをトランス22の巻数比倍した電圧)を超えようとし、一次巻線22aの電圧V−22aが入力電圧Viを超えようとすると、第二回生ダイオード28aが導通し、入力直流電源が一次巻線22aの両端に並列接続された状態になる。そして、直流入力電源に向けて電流If−28bの波形に示す回生電流が流れることによって、電圧V−22aの上昇が停止し、入力電圧Viにクランプされる。従って、電圧Vf−36bも一定電圧を超えて上昇できず、サージ電圧が小さく抑えられる。また、整流ダイオード36bと同タイミングでオフする整流ダイオード38aについても、同様の動作により、両端に大きなサージ電圧が発生しない。回生電流が流れた後の期間T11の動作は、最初の期間T11で説明した通りである。   If the second regenerative diode 28b is not provided, when the voltage Vf-36b rises to a certain voltage, ringing due to resonance between the parasitic capacitance (not shown) of the rectifier diode 36b and the resonant inductor 26 occurs, and a large surge voltage is generated. Will occur. However, since the switching power supply 10 is provided with the second regenerative diode 28b, the voltage Vf-36b tends to exceed a certain voltage (voltage obtained by multiplying the input voltage Vi by the turns ratio of the transformer 22), and the primary winding 22a. When the voltage V-22a exceeds the input voltage Vi, the second regenerative diode 28a becomes conductive, and the input DC power supply is connected in parallel to both ends of the primary winding 22a. Then, when the regenerative current indicated by the waveform of the current If-28b flows toward the DC input power supply, the rise of the voltage V-22a is stopped and clamped to the input voltage Vi. Therefore, the voltage Vf-36b cannot rise beyond a certain voltage, and the surge voltage is suppressed to a small value. Also, with respect to the rectifier diode 38a that is turned off at the same timing as the rectifier diode 36b, a large surge voltage is not generated at both ends by the same operation. The operation in the period T11 after the regenerative current flows is as described in the first period T11.

ここで、期間T11〜T14の各期間Tdに行われるZVS動作に関し、各主スイッチング素子のドレイン・ソース間に設けた寄生ダイオード(並列ダイオード)の働きについて説明する。期間Tdの長さは、ここではスイッチング制御回路44の初期設定により、一律の時間になっている。それに対して、例えば主スイッチング素子20aの電圧Vd−20aが低下する速度は、主スイッチング素子20aの寄生コンデンサと共振インダクタ26との間の共振の周波数に依存し、各素子の個体差によってばらつきやすい。従って、例えば、共振周波数が高めにばらついた場合、電圧Vd−20aの低下が速くなり、期間Tdの途中でゼロボルトに達してしまい、さらに共振動作が継続して逆方向に電圧が発生しようとする。しかし、電圧Vd−20aが逆方向に上昇しようとすると、主スイッチング素子20aのドレイン・ソース間の図示しない寄生ダイオードが導通し、電圧Vd−20aが逆方向に上昇するのを抑えられる。その結果、期間Tdが終了するまでほぼゼロボルトに保持され、確実に上記のZVS動作を行うことができる。なお、期間Tdの途中で電圧Vd−20aがゼロボルトに達しない場合は、寄生ダイオードは導通せずZVS動作に関与しない。他の主スイッチング素子18a,18b,20bの寄生ダイオードについても同様である。   Here, regarding the ZVS operation performed in each period Td of the periods T11 to T14, the function of a parasitic diode (parallel diode) provided between the drain and source of each main switching element will be described. Here, the length of the period Td is a uniform time due to the initial setting of the switching control circuit 44. On the other hand, for example, the rate at which the voltage Vd-20a of the main switching element 20a decreases depends on the frequency of resonance between the parasitic capacitor of the main switching element 20a and the resonant inductor 26, and tends to vary due to individual differences between the elements. . Therefore, for example, when the resonance frequency varies high, the voltage Vd-20a decreases quickly, reaches zero volts in the middle of the period Td, and further, the resonance operation continues to try to generate a voltage in the reverse direction. . However, when the voltage Vd-20a is going to increase in the reverse direction, a parasitic diode (not shown) between the drain and source of the main switching element 20a becomes conductive, and the voltage Vd-20a can be prevented from increasing in the reverse direction. As a result, it is maintained at substantially zero volts until the period Td ends, and the above-described ZVS operation can be performed reliably. Note that when the voltage Vd-20a does not reach zero volts during the period Td, the parasitic diode does not conduct and does not participate in the ZVS operation. The same applies to the parasitic diodes of the other main switching elements 18a, 18b, and 20b.

次に、第一実施形態のスイッチング電源装置10の動作と、一般的なスイッチング電源装置50の動作とを比較する。図6に示すスイッチング電源装置50の構成は、第一アーム18の中点18cと第二アーム20の中点20cの間に設けられた一次巻線22a、第一コンデンサ24及び共振インダクタ26で成る直列回路において、共振インダクタ26の一端が第一中点18cに接続されるように構成されている。この共振インダクタ26が設けられた位置が異なる点を除き、本実施形態のスイッチング電源装置10と同様の構成を備えている。従って、各部品には同一の符号を付して説明を省略する。   Next, the operation of the switching power supply device 10 of the first embodiment is compared with the operation of a general switching power supply device 50. 6 includes a primary winding 22a, a first capacitor 24, and a resonant inductor 26 provided between the midpoint 18c of the first arm 18 and the midpoint 20c of the second arm 20. In the series circuit, one end of the resonant inductor 26 is configured to be connected to the first middle point 18c. The configuration is the same as that of the switching power supply device 10 of the present embodiment except that the position where the resonant inductor 26 is provided is different. Accordingly, the same reference numerals are given to the respective components and the description thereof is omitted.

一般的なスイッチング電源装置50の定常動作は、図7のタイムチャートのように表わされる。図7における第一及び第三の期間T11,T13の動作は、図4で説明したスイッチング電源装置10の第一及び第三の期間T11,T13の動作とほぼ同様であるが、第二及び第四の期間T12,T14の動作に問題が発生する。   The steady operation of the general switching power supply device 50 is represented as shown in the time chart of FIG. The operations in the first and third periods T11 and T13 in FIG. 7 are substantially the same as the operations in the first and third periods T11 and T13 of the switching power supply device 10 described in FIG. A problem occurs in the operation of the four periods T12 and T14.

第二の期間T12になると、主スイッチング素子18a,18b,20a,20bが、各々オン、オフ、オン、オフの状態になる。期間T12に移行した直後、上記と同様に、図示しない期間Tdに主スイッチング素子20aのZVS動作が行われる。   In the second period T12, the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b are turned on, off, on, and off, respectively. Immediately after shifting to the period T12, similarly to the above, the ZVS operation of the main switching element 20a is performed in the period Td (not shown).

期間Td以降の期間は、一次巻線22aの電圧V−22aがほぼゼロボルトとなり、平滑インダクタ40が励磁エネルギーを放出し、負荷16に出力電流Ioを供給する電流が流れる。このとき、第二回生ダイオード28bは、両端にほぼ入力電圧Viが逆方向に印加されるので導通しない。一方、共振インダクタ26が、直前の期間Tdから継続して励磁エネルギーを放出する動作を行うので、共振インダクタ26の両端に第一中点18c側の一端から第二中点20c側一端の向きに僅かな電圧が発生し、第一回生ダイオード28aの両端に僅かに順電圧が印加され、導通可能な状態になる。第一回生ダイオード28aが導通すると、平滑インダクタ40及び共振インダクタ26が励磁エネルギーを放出する電流が、電流Id−18a,Id−20a,If−36b,If−38b,If−28aの波形に示すように、各回路素子に複雑な経路で流れることになる。特に、電流If−28の波形に示すように、第一回生ダイオード28aに鋸波状の大きな電流が発生する。   In the period after the period Td, the voltage V-22a of the primary winding 22a becomes substantially zero volts, the smoothing inductor 40 releases the excitation energy, and a current for supplying the output current Io to the load 16 flows. At this time, the second regenerative diode 28b does not conduct because the input voltage Vi is applied to both ends in the opposite direction. On the other hand, since the resonant inductor 26 performs the operation of continuously releasing the excitation energy from the immediately preceding period Td, the resonance inductor 26 has both ends extending from one end on the first midpoint 18c side to one end on the second midpoint 20c side. A slight voltage is generated, and a forward voltage is slightly applied to both ends of the first regenerative diode 28a, thereby enabling conduction. When the first regenerative diode 28a is turned on, the currents at which the smoothing inductor 40 and the resonant inductor 26 release the excitation energy are as shown by the waveforms of currents Id-18a, Id-20a, If-36b, If-38b, If-28a. In addition, each circuit element flows through a complicated route. In particular, as shown in the waveform of the current If-28, a large sawtooth current is generated in the first regenerative diode 28a.

上述した第一実施形態のスイッチング電源装置10の場合は、第一回生ダイオード28aに流れる電流は、図4のIf−28aの波形に示すように、第三の期間T13に流れる小さな回生電流だけなので、電流定格の小さい安価なダイオード素子を使用することができた。それに対して、この一般的なスイッチング電源装置50の場合は、第一回生ダイオード28aに流れる電流は、図7のIf−28aの波形に示すように、第一の期間T11に流れる小さな回生電流に加え、第二の期間T12にも鋸波状の大きな電流になるので、第一回生ダイオード28aとして、電流定格の大きい高価なダイオード素子を使用しなければならない。   In the case of the switching power supply device 10 of the first embodiment described above, the current flowing through the first regenerative diode 28a is only a small regenerative current flowing during the third period T13, as shown by the waveform If-28a in FIG. An inexpensive diode element with a small current rating could be used. On the other hand, in the case of this general switching power supply device 50, the current flowing through the first regenerative diode 28a is a small regenerative current flowing during the first period T11 as shown by the waveform If-28a in FIG. In addition, since a large sawtooth current is also generated in the second period T12, an expensive diode element having a large current rating must be used as the first regenerative diode 28a.

第四の期間T14においても、期間T12に第一回生ダイオード28aに鋸波状の大きな電流が流れるのと同様の現象が、第二回生ダイオード28bで発生する。従って、第二回生ダイオード28bも、電流定格の大きい高価なダイオード素子を使用しなければならない。   Also in the fourth period T14, a phenomenon similar to that when a large sawtooth current flows in the first regenerative diode 28a in the period T12 occurs in the second regenerative diode 28b. Therefore, an expensive diode element having a large current rating must also be used for the second regenerative diode 28b.

このように、一般的なスイッチング電源装置50の場合、第二及び第四の期間T12,T14を開始させる第二アーム20側ではなく、第一及び第三の期間T11,T13を開始させる第一アーム18側に共振インダクタ26が設けられているので、図7に示すように、第一及び第二回生ダイオード28a,28bに過大電流が流れるという問題が発生する。この問題は、背景技術で説明した特許文献2のDC−DCコンバータにおいても、共振インダクタを接続する位置によっては、同様の発生し得るものである。第一実施形態のスイッチング電源装置10の場合においても、この問題をより発生しにくくするため、トランス22の一次及び二次巻線22a,22bを密に磁気結合させ、漏れインダクタンスが共振インダクタ26のインダクタンスよりも十分小さくなるようにすることが好ましい。 Thus, in the case of the general switching power supply device 50, the first and third periods T11 and T13 are started instead of the second arm 20 side starting the second and fourth periods T12 and T14. Since the resonant inductor 26 is provided on the arm 18 side, there arises a problem that an excessive current flows through the first and second regenerative diodes 28a and 28b as shown in FIG. This problem can also occur in the DC-DC converter of Patent Document 2 described in the background art, depending on the position where the resonant inductor is connected. Also in the case of the switching power supply device 10 of the first embodiment, in order to make this problem less likely to occur, the primary and secondary windings 22a and 22b of the transformer 22 are closely magnetically coupled, and the leakage inductance is that of the resonant inductor 26. It is preferable to make it sufficiently smaller than the inductance.

以上説明したように、第一実施形態のスイッチング電源装置10は、第一及び第二回生ダイオード28a,28bが行う回生動作により、整流平滑回路30の整流ダイオード36a,36b,38a,38bの両端に発生するサージ電圧が抑えられるので、低耐圧のダイオード素子を使用することにより導通時の電圧降下を抑え、電源効率を向上させることができる。また、共振インダクタ26が、一次巻線22a及び第一コンデンサ24と直列の位置であって、一端が第二アーム20の中点20cに接続される位置に挿入することによって、第一及び第二回生ダイオード28a,28bに過大な電流が流れる現象(図7の期間T12,T14の現象)が回避することができ、電流定格の小さい安価なダイオード素子を使用しても安全である。また、共振インダクタ26の動作によって主スイッチング素子18a,18b,20a,20bのZVS動作も確実に行われ、スイッチング損失も低減できる。   As described above, the switching power supply device 10 of the first embodiment is connected to both ends of the rectifier diodes 36a, 36b, 38a, and 38b of the rectifying and smoothing circuit 30 by the regenerative operation performed by the first and second regenerative diodes 28a and 28b. Since the generated surge voltage can be suppressed, a voltage drop during conduction can be suppressed by using a low breakdown voltage diode element, and the power supply efficiency can be improved. Further, the resonance inductor 26 is inserted into a position in series with the primary winding 22a and the first capacitor 24, and one end thereof is connected to the midpoint 20c of the second arm 20, whereby the first and second A phenomenon in which an excessive current flows through the regenerative diodes 28a and 28b (a phenomenon in the periods T12 and T14 in FIG. 7) can be avoided, and it is safe to use an inexpensive diode element having a small current rating. In addition, the ZVS operation of the main switching elements 18a, 18b, 20a, and 20b is reliably performed by the operation of the resonant inductor 26, and the switching loss can be reduced.

また、トランス22の直流偏磁を抑制する第一コンデンサ24が設けられているので、入力投入などの過渡時、トランス22が直流偏磁して磁気飽和するのを容易に回避することができ、磁気飽和に余裕のある大型のトランスを使用しなくても、各部の回路素子が破損するのを防止することができる。   In addition, since the first capacitor 24 for suppressing the DC bias of the transformer 22 is provided, it is possible to easily avoid the transformer 22 from being DC biased and magnetically saturated during a transition such as input. Even without using a large transformer with a sufficient magnetic saturation, it is possible to prevent the circuit elements of each part from being damaged.

次に、この発明のスイッチング電源装置に設けられる整流平滑回路の変形例について、図8に基づいて説明する。第一変形例の整流平滑回路52は、図8(a)に示すように、上記の整流平滑回路30を構成する4つの整流ダイオード36a,36b,38a,38bを、導通抵抗の小さいN−chのMOS型FET54a,54b,56a,56bに置き換えて同期整流を行うものである。この整流平滑回路52によれば、上記の整流平滑回路30の場合と同様の効果を得ることができ、さらに整流部32の損失を低減させることができる。   Next, a modification of the rectifying / smoothing circuit provided in the switching power supply device of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8A, the rectifying / smoothing circuit 52 of the first modification includes four rectifying diodes 36a, 36b, 38a, and 38b constituting the rectifying / smoothing circuit 30 as described above. The MOSFETs 54a, 54b, 56a, and 56b are used for synchronous rectification. According to the rectifying / smoothing circuit 52, the same effects as those of the rectifying / smoothing circuit 30 can be obtained, and the loss of the rectifying unit 32 can be further reduced.

第二変形例の整流平滑回路58は、図8(b)に示すように、トランス22の二次巻線22bを2分割し、2つのN―chのMOS型FET60,62によって同期整流を行う整流部63を構成したセンタタップ方式の整流平滑回路である。この整流部63は、2つのダイオード素子で構成してもよい。整流平滑回路58によれば、上記の整流平滑回路30の場合と同様の効果を得ることができ、さらに整流部63の構成をシンプルにすることができる等の利点がある。   As shown in FIG. 8B, the rectifying / smoothing circuit 58 of the second modification divides the secondary winding 22b of the transformer 22 into two parts, and performs synchronous rectification by two N-ch MOS type FETs 60 and 62. This is a center tap type rectifying / smoothing circuit constituting the rectifying unit 63. The rectifying unit 63 may be composed of two diode elements. According to the rectifying / smoothing circuit 58, it is possible to obtain the same effects as the case of the rectifying / smoothing circuit 30 described above, and to further simplify the configuration of the rectifying unit 63.

第三変形例の整流平滑回路64は、図8(c)に示すように、トランス22の二次巻線22bの両端に接続した2つのN―chのMOS型FET66,68によって同期整流を行う整流部69を構成し、2つの平滑インダクタ70,72及び平滑コンデンサ42で平滑部74を構成したカレントダブラ方式の整流平滑回路である。この整流部69は、2つのダイオードで構成してもよい。整流平滑回路64によれば、上記の整流平滑回路30の場合と同様の効果を得ることができ、さらに平滑コンデンサ42のリップル電圧を低減できる等の利点がある。   The rectifying / smoothing circuit 64 of the third modification performs synchronous rectification by two N-ch MOS type FETs 66 and 68 connected to both ends of the secondary winding 22b of the transformer 22 as shown in FIG. This is a current doubler type rectifying and smoothing circuit in which a rectifying unit 69 is configured and a smoothing unit 74 is configured by two smoothing inductors 70 and 72 and a smoothing capacitor 42. The rectifying unit 69 may be composed of two diodes. According to the rectifying / smoothing circuit 64, it is possible to obtain the same effects as those of the rectifying / smoothing circuit 30 described above, and to further reduce the ripple voltage of the smoothing capacitor 42.

なお、この発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第一及び第二回生ダイオードの中点と共振インダクタの一次巻線側の一端との間に、第一及び第二回生ダイオードに流れる回生電流を制限する第二コンデンサを挿入することができる(例えば、図9に示す第二コンデンサ66)。この第二コンデンサの静電容量を適宜調整することによって、第一及び第二回生ダイオードに流れる回生電流による電流ストレスをより小さく抑えつつ、整流平滑回路の整流素子に加わるサージ電圧による電圧ストレスも一定以下に制限する、というバランス設計を無損失で行うことができる。   The switching power supply device of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, a second capacitor for limiting the regenerative current flowing in the first and second regenerative diodes can be inserted between the midpoint of the first and second regenerative diodes and one end of the resonant inductor on the primary winding side. (For example, the second capacitor 66 shown in FIG. 9). By appropriately adjusting the capacitance of the second capacitor, the voltage stress due to the surge voltage applied to the rectifying element of the rectifying and smoothing circuit is also constant while suppressing the current stress due to the regenerative current flowing through the first and second regenerative diodes to a smaller level. The balance design of limiting to the following can be performed without loss.

また、出力電圧Voを安定化するスイッチング制御回路は、出力電圧Voを直接モニタして制御を行う構成に限定されず、例えば、トランスの巻線電圧又は平滑インダクタの電圧等を利用して間接的に出力電圧Voをモニタして制御を行う構成や、入力電圧Viなどをモニタしてフィードフォワード制御を行う構成であってもよい。   The switching control circuit that stabilizes the output voltage Vo is not limited to a configuration in which the output voltage Vo is directly monitored and controlled. For example, the switching control circuit indirectly uses a winding voltage of a transformer or a voltage of a smoothing inductor. Alternatively, the output voltage Vo may be monitored and controlled, or the input voltage Vi or the like may be monitored and feedforward control may be performed.

10,50 スイッチング電源装置
18 第一アーム
18a,18b 主スイッチング素子
18c 第一中点
20 第二アーム
20a,20b 主スイッチング素子
20c 第二中点
22 トランス
22a 一次巻線
22b 二次巻線
24 第一コンデンサ
26 共振インダクタ
28a 第一回生ダイオード
28b 第二回生ダイオード
30,52,58,64 整流平滑回路
44 スイッチング制御回路
66 第二コンデンサ
10, 50 Switching power supply 18 First arm 18a, 18b Main switching element 18c First middle point 20 Second arm 20a, 20b Main switching element 20c Second middle point 22 Transformer 22a Primary winding 22b Secondary winding 24 First Capacitor 26 Resonant inductor 28a First regenerative diode 28b Second regenerative diode 30, 52, 58, 64 Rectifier smoothing circuit 44 Switching control circuit 66 Second capacitor

Claims (6)

ハイサイド側及びグランド側に各々設けられた主スイッチング素子の直列回路で構成され、その両端に直流入力源が接続される第一アームと、
ハイサイド側及びグランド側に各々設けられた他の主スイッチング素子の直列回路で構成され、前記第一のアームに並列接続された第二アームと、
一次巻線及び二次巻線を有し、前記一次巻線が前記第一アームの中点と前記第二アームの中点との間に設けられたトランスと、
前記トランスの前記二次巻線に接続され、前記二次巻線に発生した交流電圧を直流の出力電圧に変換して出力する整流平滑回路と、
前記各主スイッチング素子をオンオフ駆動することによって、前記一次巻線に入力電圧が正方向に印加される第一の期間、入力電圧が印加されない第二の期間、負方向に印加される第三の期間、及び再度電圧が出力されない第四の期間を1周期とするフェイズシフト制御を行い、前記整流平滑回路の出力電圧を安定化するスイッチング制御回路と、を備えたフルブリッジ型のスイッチング電源装置において、
前記一次巻線と直列の位置に挿入され、前記トランスの直流偏磁を抑制する第一コンデンサと、
前記一次巻線及び前記第一コンデンサと直列の位置であって、一端が前記第二アームの中点に接続される位置に挿入された共振インダクタと、
前記共振インダクタの前記一次巻線側の一端にアノード端子が接続され、前記第一及び第二アームのハイサイド側の接続点にカソード端子が接続された第一回生ダイオードと、
前記第一及び第二アームのグランド側の接続点にアノード端子が接続され、前記共振インダクタの前記一次巻線側の一端にカソード端子が接続された第二回生ダイオードとを備え、
前記スイッチング制御回路は、前記第一アームを構成する前記主スイッチング素子のターンオン又はターンオフによって前記第一及び第三の期間を開始させ、前記第二アームを構成する前記主スイッチング素子のターンオン又はターンオフによって前記第二及び第四の期間を開始させる形でフェイズシフト制御を行うことを特徴とするスイッチング電源装置。
A first arm composed of a series circuit of main switching elements respectively provided on the high side and the ground side, and a DC input source connected to both ends thereof;
A second arm connected in parallel to the first arm, composed of a series circuit of other main switching elements respectively provided on the high side and the ground side;
A transformer having a primary winding and a secondary winding, wherein the primary winding is provided between a midpoint of the first arm and a midpoint of the second arm;
A rectifying / smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer and converting an alternating voltage generated in the secondary winding into a direct output voltage and outputting the direct current voltage;
By driving each main switching element on and off, a first period in which an input voltage is applied to the primary winding in a positive direction, a second period in which no input voltage is applied, and a third period in which a negative direction is applied. A full-bridge type switching power supply comprising: a switching control circuit that performs phase shift control with a period and a fourth period during which no voltage is output again as one cycle, and stabilizes the output voltage of the rectifying and smoothing circuit ,
A first capacitor that is inserted in a position in series with the primary winding and suppresses DC bias of the transformer;
A resonant inductor inserted in a position in series with the primary winding and the first capacitor and having one end connected to the midpoint of the second arm;
A first regenerative diode having an anode terminal connected to one end of the resonant inductor on the primary winding side and a cathode terminal connected to a high-side connection point of the first and second arms;
A second regenerative diode having an anode terminal connected to a connection point on the ground side of the first and second arms, and a cathode terminal connected to one end of the resonant inductor on the primary winding side;
The switching control circuit starts the first and third periods by turning on or turning off the main switching element constituting the first arm, and turns on or turning off the main switching element constituting the second arm. A phase shift control is performed in such a manner that the second and fourth periods are started.
前記第一及び第二回生ダイオードの中点と前記共振インダクタの前記一次巻線側の一端との間に、前記第一及び第二回生ダイオードに流れる回生電流を制限する第二コンデンサが挿入された請求項1記載のスイッチング電源装置。Between the midpoint of the first and second regenerative diodes and one end on the primary winding side of the resonant inductor, a second capacitor for limiting the regenerative current flowing in the first and second regenerative diodes is inserted. The switching power supply device according to claim 1. 前記第一及び第二アームが有する前記主スイッチング素子はN−chのMOS型FETで構成され、個々のドレイン・ソース間に、並列コンデンサとソース端子からドレイン端子の向きに導通可能な並列ダイオードとが設けられ、
前記スイッチング制御回路は、
前記第一アームのハイサイド側及びグランド側の前記主スイッチング素子を相補的にオンオフ反転させるとき、オンしている一方の前記主スイッチング素子をターンオフさせた後、オフしている他方の前記主スイッチング素子の両端電圧が、前記共振インダクタと前記並列コンデンサとの共振動作によってゼロボルトに向かって低下したタイミングで、当該他方の前記主スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第二アームのハイサイド側及びグランド側の前記主スイッチング素子を相補的にオンオフ反転させるとき、オンしている一方の前記主スイッチング素子をターンオフさせた後、オフしている他方の前記主スイッチング素子の両端電圧が、前記共振インダクタと前記並列コンデンサとの共振動作によってゼロボルトに向かって低下したタイミングで、当該他方の前記主スイッチング素子をターンオンさせる制御を行う請求項1又は2記載のスイッチング電源装置。
The main switching element of the first and second arms is composed of an N-ch MOS type FET, a parallel capacitor and a parallel diode capable of conducting in the direction from the source terminal to the drain terminal between the individual drains and sources. Is provided,
The switching control circuit includes:
When the main switching elements on the high side and the ground side of the first arm are complementarily turned on and off, the one main switching element that is turned on is turned off and then the other main switching that is turned off At the timing when the voltage across the element decreases toward zero volts due to the resonant operation of the resonant inductor and the parallel capacitor, the other main switching element is turned on,
When the main switching elements on the high side and the ground side of the second arm are complementarily turned on and off, the one main switching element that is turned on is turned off and then the other main switching that is turned off 3. The switching power supply device according to claim 1, wherein control is performed to turn on the other main switching element at a timing when a voltage across the element decreases toward zero volts due to a resonance operation of the resonant inductor and the parallel capacitor. .
前記トランスの前記一次及び二次巻線は、前記一次巻線側からみた漏れインダクタンスが、前記共振インダクタのインダクタンスよりも小さくなるように密に磁気結合している請求項1乃至3のいずれか記載のスイッチング電源装置。   The primary and secondary windings of the transformer are closely magnetically coupled so that a leakage inductance viewed from the primary winding side is smaller than an inductance of the resonant inductor. Switching power supply. 前記整流平滑回路は、全波整流方式、センタタップ方式、又はカレントダブラ方式の構成を備えている請求項1乃至3のいずれか記載のスイッチング電源装置。   4. The switching power supply device according to claim 1, wherein the rectifying / smoothing circuit includes a full-wave rectifying method, a center tap method, or a current doubler method. 5. 前記整流平滑回路が有する整流部は、MOS型FETによる同期整流を行う請求項5記載のスイッチング電源装置。   The switching power supply device according to claim 5, wherein the rectifying unit included in the rectifying and smoothing circuit performs synchronous rectification using a MOS FET.
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