JP5790010B2 - Switching power supply - Google Patents

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本発明は、電流共振型のスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a current resonance type switching power supply device.

フラットパネルディスプレイ等に用いられるスイッチング電源装置は、スイッチング素子を2石用いるハーフブリッジ型で、さらにスイッチング損失を減らすことができる電流共振型を採用する場合が多い。電流共振型のスイッチング電源装置は、通常PFC(Power Factor Correction)との組み合わせで使用されるので、入力電圧一定で使用される場合が多い。   A switching power supply device used for a flat panel display or the like is often a half-bridge type using two switching elements and a current resonance type that can further reduce switching loss. Since the current resonance type switching power supply device is usually used in combination with PFC (Power Factor Correction), it is often used at a constant input voltage.

図7は、従来のスイッチング電源装置におけるDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。図7に示すDC−DCコンバータの動作を説明する。まず、直流電源Vinの電圧が印加されると、図示しない起動回路により制御回路10が動作を開始する。制御回路10は、発振回路11、D型フリップフロップ回路13、デットタイム生成回路14,15、レベルシフト回路16、バッファ回路17,18を有し、スイッチ素子Q1とスイッチ素子Q2とをデットタイムを有して交互にオン・オフさせる。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter in a conventional switching power supply apparatus. The operation of the DC-DC converter shown in FIG. 7 will be described. First, when the voltage of the DC power supply Vin is applied, the control circuit 10 starts operating by a starter circuit (not shown). The control circuit 10 includes an oscillation circuit 11, a D-type flip-flop circuit 13, dead time generation circuits 14 and 15, a level shift circuit 16, and buffer circuits 17 and 18, and the switch elements Q1 and Q2 have a dead time. And alternately turn on and off.

スイッチ素子Q2がオンすると、Vin→Q2→Lr→P→Cri→Vinの経路で電流が流れる。この電流は、トランスTの1次側の励磁インダクタンスLpに流れる励磁電流と、1次巻線P、2次巻線S2、ダイオードD2、コンデンサCoを介して出力端子+Vo及び−Voから負荷へ供給される負荷電流との合成電流となる。前者の電流は、(リアクトルLr+励磁インダクタンスLp)と電流共振コンデンサCriとの正弦波状の共振電流となり、スイッチ素子Q2のオン期間に比べて低い共振周波数とするため、正弦波の一部が三角波状の電流として観測される。後者の電流は、リアクトルLrと電流共振コンデンサCriとの共振要素が現れた正弦波状の共振電流となる。   When the switch element Q2 is turned on, a current flows through a route of Vin → Q2 → Lr → P → Cri → Vin. This current is supplied from the output terminals + Vo and −Vo to the load via the exciting current flowing through the exciting inductance Lp on the primary side of the transformer T, the primary winding P, the secondary winding S2, the diode D2, and the capacitor Co. The resultant current is combined with the generated load current. The former current is a sinusoidal resonance current between (reactor Lr + exciting inductance Lp) and the current resonance capacitor Cri, and has a resonance frequency lower than the on-period of the switch element Q2, so that a part of the sinusoid is a triangular wave. Is observed as a current. The latter current is a sinusoidal resonance current in which resonance elements of the reactor Lr and the current resonance capacitor Cri appear.

スイッチ素子Q2がオフすると、トランスTに蓄えられた励磁電流のエネルギーにより、(リアクトルLr+励磁インダクタンスLp)と電流共振コンデンサCri、電圧共振コンデンサCrvによる電圧擬似共振が発生する。このとき、小さい容量の電圧共振コンデンサCrvによる共振周波数がスイッチ素子Q1およびスイッチ素子Q2の両端電圧として観測される。即ち、スイッチ素子Q2の電流は、スイッチ素子Q2のオフと共に電圧共振コンデンサCrvに移る。電圧共振コンデンサCrvがゼロボルトまで放電されると、ダイオードD8に電流が移行する。これは、トランスTに蓄えられた励磁電流によるエネルギーがダイオードD8を介して電流共振コンデンサCriを充電する。この期間にスイッチ素子Q1をオンさせることでスイッチ素子Q1のゼロボルトスイッチが可能となる。   When the switch element Q2 is turned off, voltage pseudo resonance is generated by (reactor Lr + excitation inductance Lp), the current resonance capacitor Cri, and the voltage resonance capacitor Crv due to the energy of the excitation current stored in the transformer T. At this time, the resonance frequency by the voltage resonant capacitor Crv having a small capacity is observed as the voltage across the switch element Q1 and the switch element Q2. That is, the current of the switch element Q2 moves to the voltage resonance capacitor Crv when the switch element Q2 is turned off. When the voltage resonant capacitor Crv is discharged to zero volts, the current is transferred to the diode D8. This is because the energy by the exciting current stored in the transformer T charges the current resonance capacitor Cri via the diode D8. By turning on the switch element Q1 during this period, a zero volt switch of the switch element Q1 can be realized.

スイッチ素子Q1がオンすると、電流共振コンデンサCriを電源として、Cri→P→Lr→Q1→Criの経路で電流が流れる。この電流は、トランスTの励磁インダクタンスLpに流れる励磁電流と、1次巻線P、2次巻線S1、ダイオードD1、平滑コンデンサCoを介して出力端子+Vo及び−Voから負荷へ供給される負荷電流との合成電流となる。前者の電流は、(リアクトルLr+励磁インダクタンスLp)と電流共振コンデンサCriの正弦波状の共振電流となり、スイッチ素子Q1のオン期間に比べて低い共振周波数とするため、正弦波の一部が三角波状の電流として観測される。後者の電流は、リアクトルLrと電流共振コンデンサCriとの共振要素が現れた正弦波状の共振電流となる。   When the switch element Q1 is turned on, a current flows through a path of Cri → P → Lr → Q1 → Cri using the current resonance capacitor Cri as a power source. This current is an excitation current flowing through the excitation inductance Lp of the transformer T and a load supplied from the output terminals + Vo and −Vo to the load via the primary winding P, the secondary winding S1, the diode D1, and the smoothing capacitor Co. It becomes the combined current with the current. The former current is a sinusoidal resonance current of (reactor Lr + exciting inductance Lp) and the current resonance capacitor Cri, and has a resonance frequency lower than the ON period of the switch element Q1, so that a part of the sine wave has a triangular wave shape. Observed as current. The latter current is a sinusoidal resonance current in which resonance elements of the reactor Lr and the current resonance capacitor Cri appear.

スイッチ素子Q1がオフすると、トランスTに蓄えられた励磁電流のエネルギーにより、(リアクトルLr+励磁インダクタンスLp)と電流共振コンデンサCri、電圧共振コンデンサCrvによる電圧疑似共振が発生する。このとき、小さい容量の電圧共振コンデンサCrvによる共振周波数がスイッチ素子Q1およびスイッチ素子Q2の両端電圧として観測される。即ち、スイッチ素子Q1の電流は、スイッチ素子Q1のオフと共に電圧共振コンデンサCrvに移る。電圧共振コンデンサCrvが直流電源Vinの電圧まで充電されると、ダイオードD9に電流が移行する。これは、トランスTに蓄えられた励磁電流によるエネルギーがダイオードD9を介して直流電源Vinに回生される。この期間にスイッチ素子Q2をオンさせることでスイッチ素子Q2のゼロボルトスイッチが可能となる。   When the switch element Q1 is turned off, the voltage pseudo resonance is generated by the (reactor Lr + excitation inductance Lp), the current resonance capacitor Cri, and the voltage resonance capacitor Crv due to the energy of the excitation current stored in the transformer T. At this time, the resonance frequency by the voltage resonant capacitor Crv having a small capacity is observed as the voltage across the switch element Q1 and the switch element Q2. That is, the current of the switch element Q1 moves to the voltage resonance capacitor Crv when the switch element Q1 is turned off. When the voltage resonance capacitor Crv is charged to the voltage of the DC power supply Vin, a current is transferred to the diode D9. This is because the energy by the excitation current stored in the transformer T is regenerated to the DC power source Vin via the diode D9. By turning on the switch element Q2 during this period, the zero volt switch of the switch element Q2 can be realized.

特許文献1には、入力電圧が広範囲化される場合にも過負荷検出信号の入力電圧依存性がないことを目的とするスイッチング電源の過負荷保護回路が記載されている。この過負荷保護回路は、交流電力を整流平滑化してトランスの一次巻線に印加してスイッチング素子によりオンオフし、このトランスの二次巻線に誘起されたスイッチング電圧を整流平滑化して出力するオンオフ型コンバータ部と、このコンバータ部の出力電圧を基準電圧と比較して誤差電圧を小さくする方向にスイッチング素子に対して制御信号を送るとともに、入力電圧が増大したときはパルス幅を狭くする方向に制御するパルス幅制御回路と、この一次巻線に流れる電流のピーク成分を検出する手段と、このトランスの一次側に設けられたバイアス巻線に誘起されるオンオン極性のスイッチング電圧を整流平滑化する整流平滑部とを備え、この電流検出手段で検出した負荷電流信号に、前記整流平滑部で検出した入力電圧補正信号を加算してパルス幅制御回路の過負荷保護端子に送るものである。   Patent Document 1 describes an overload protection circuit for a switching power supply that is intended to prevent the overload detection signal from being dependent on the input voltage even when the input voltage is widened. This overload protection circuit rectifies and smoothes AC power, applies it to the primary winding of the transformer, turns it on and off by the switching element, and rectifies and smoothes the switching voltage induced in the secondary winding of this transformer and outputs it. A control signal is sent to the switching element in a direction to reduce the error voltage by comparing the output voltage of the converter unit with the reference voltage, and when the input voltage increases, the pulse width is narrowed. A pulse width control circuit to be controlled, a means for detecting a peak component of the current flowing in the primary winding, and a rectifying / smoothing on / off polarity switching voltage induced in a bias winding provided on the primary side of the transformer A rectifying / smoothing unit, and adding the input voltage correction signal detected by the rectifying / smoothing unit to the load current signal detected by the current detecting means. It is intended to send to the overload protection terminal of the pulse width control circuit to.

この過負荷保護回路によれば過負荷検出信号の入力電圧依存性をバイアス巻線を用いた整流平滑部の入力電圧補正信号により打ち消しているので、商用電源の電圧が広範囲化されても的確な過負荷保護を行うことができる。   According to this overload protection circuit, the input voltage dependency of the overload detection signal is canceled by the input voltage correction signal of the rectifying and smoothing unit using the bias winding, so that even if the voltage of the commercial power supply is widened, it is accurate. Overload protection can be performed.

また、特許文献2には、簡単な回路によって過電流制御を行うことを課題とする共振型のスイッチング電源が記載されている。このスイッチング電源は、2つのスイッチング素子と、共振回路と、トランスと、出力整流平滑回路と、過電流保護回路とを含む。2つのスイッチング素子は、直列に接続され、直列回路の両端が直流電源に導かれ、交互に駆動される。トランスは、少なくとも、一次巻線と、二次巻線とを含んでいる。共振回路は、共振コンデンサと、共振インダクタとを有している。共振コンデンサ、共振インダクタ及びトランスの一次巻線は直列に接続され、直列回路の両端が2つのスイッチング素子の接続点と、2つのスイッチング素子によって構成される直列回路の一端との間に接続されている。出力整流平滑回路は、トランスの二次巻線に接続されている。過電流保護回路は、トランスの二次巻線側に流れる電流を検出し、検出信号に基づいて、スイッチング素子に対し過電流保護動作を与える。   Patent Document 2 describes a resonant switching power supply that has a problem of performing overcurrent control with a simple circuit. The switching power supply includes two switching elements, a resonance circuit, a transformer, an output rectifying / smoothing circuit, and an overcurrent protection circuit. The two switching elements are connected in series, and both ends of the series circuit are led to a DC power source and are driven alternately. The transformer includes at least a primary winding and a secondary winding. The resonant circuit has a resonant capacitor and a resonant inductor. The primary winding of the resonant capacitor, resonant inductor and transformer are connected in series, and both ends of the series circuit are connected between the connection point of the two switching elements and one end of the series circuit constituted by the two switching elements. Yes. The output rectifying / smoothing circuit is connected to the secondary winding of the transformer. The overcurrent protection circuit detects a current flowing on the secondary winding side of the transformer and gives an overcurrent protection operation to the switching element based on the detection signal.

このスイッチング電源において、直列に接続された2つのスイッチング素子を交互に動作させることにより、入力された直流電源をスイッチングし、そのスイッチング出力を共振回路及びトランスの一次巻線に供給する。2つのスイッチング素子の接続点と、2つのスイッチング素子によって構成される直列回路の一端との間には、共振回路を構成する共振コンデンサ及び共振インダクタと、トランスの一次巻線を直列に接続した直列回路の両端が接続されているから、2つのスイッチング素子の交互動作により、共振回路及びトランスの一次巻線に、共振回路の共振周波数に対応した疑似正弦波電流が流れる。このとき、一次巻線と結合する二次巻線に誘起電圧が発生する。この誘起電圧はトランスの二次巻線に接続された出力整流平滑回路により直流に変換され、出力される。   In this switching power supply, by operating two switching elements connected in series alternately, the input DC power supply is switched, and the switching output is supplied to the primary winding of the resonance circuit and the transformer. Between the connection point of the two switching elements and one end of the series circuit constituted by the two switching elements, a series in which a resonance capacitor and a resonance inductor constituting the resonance circuit and a primary winding of the transformer are connected in series. Since both ends of the circuit are connected, a pseudo sine wave current corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit flows through the primary winding of the resonance circuit and the transformer by the alternating operation of the two switching elements. At this time, an induced voltage is generated in the secondary winding coupled to the primary winding. This induced voltage is converted into a direct current by an output rectifying / smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer and output.

過電流保護回路は、トランスの二次巻線側に流れる電流を検出し、検出信号に基づいて、スイッチング素子に対し過電流保護動作を与える。トランスの二次巻線側に流れる電流は、出力整流平滑回路の回路方式によって異なる。出力整流平滑回路が出力チョークコイルを含むチョークインプット型となっている場合は、トランスの二次巻線には台形状の電流が流れる。台形状電流は、出力電圧が零ボルトまで低下した場合は三角波となる。また、その尖頭値は出力電流とほぼ等しくなる。従って、この電流を検出し、電圧信号等に変換することにより、定電流電圧垂下特性の過電流制御を行うことができる。   The overcurrent protection circuit detects a current flowing on the secondary winding side of the transformer and gives an overcurrent protection operation to the switching element based on the detection signal. The current that flows on the secondary winding side of the transformer varies depending on the circuit system of the output rectifying and smoothing circuit. When the output rectifying and smoothing circuit is a choke input type including an output choke coil, a trapezoidal current flows through the secondary winding of the transformer. The trapezoidal current becomes a triangular wave when the output voltage drops to zero volts. Further, the peak value is substantially equal to the output current. Therefore, by detecting this current and converting it into a voltage signal or the like, it is possible to perform overcurrent control of a constant current voltage drooping characteristic.

出力整流平滑回路が出力チョークコイルを含まないコンデンサインプット型となっている場合は、トランスの二次巻線には正弦波状の電流が流れる。従って、この電流を検出し、その平均値を電圧信号等に変換することにより、定電流電圧垂下特性の過電流制御を行うことができる。   When the output rectifying and smoothing circuit is a capacitor input type that does not include an output choke coil, a sinusoidal current flows in the secondary winding of the transformer. Therefore, the overcurrent control of the constant current voltage drooping characteristic can be performed by detecting this current and converting the average value into a voltage signal or the like.

特開平5−344712号公報JP-A-5-344712 特開平10−229673号公報JP-A-10-229673

CQ出版社 電源回路設計 2009CQ Publisher Power Circuit Design 2009

上述したように、電流共振型のスイッチング電源装置は、通常PFCとの組み合わせで使用される場合が多いが、PFC部は部品コストと基板面積が大きく、高調波規制の対象とならない負荷容量が割合小さな領域(例えばPIN75W以下)では、PFC無しで電流共振が用いられる場合がある。しかしながら、PFC無しで使用される場合には、入力電圧が一定とならない。特に、ワールドワイド入力(AC85V〜AC276V)では入力電圧が大幅に変化するため、入力電圧に応じて最大出力電圧が大幅に変化するという問題がある。   As described above, the current resonance type switching power supply is usually used in combination with the PFC, but the PFC part has a large part cost and a large board area, and the load capacity not subject to the harmonic regulation is a ratio. In a small region (for example, PIN 75 W or less), current resonance may be used without PFC. However, when used without PFC, the input voltage is not constant. In particular, in the world wide input (AC85V to AC276V), since the input voltage changes greatly, there is a problem that the maximum output voltage changes greatly according to the input voltage.

電流共振でワールドワイド入力対応のトランス設計を行うと、過負荷保護に対して入力補正(入力電圧が変化しても過負荷保護レベルを一定にする)が難しくなるという問題点がある。非特許文献1の214ページにも記載されているが、過電流検出を行う電流共振コンデンサCi(又は一次巻線P)に流れる電流は、励磁電流(循環電流)と2次側への負荷電流の合計となる。電流共振型スイッチング電源は共振現象によりスイッチングロスを減らすために、入力電圧が広いほど励磁電流(循環電流)を大きくする必要がある。特に入力電圧上限では、入力電圧が高いだけ一次側負荷電流が少なくなるため励磁電流が占める割合が相対的に大きくなるため、負荷電流の検出が難しくなる。   When a transformer designed for world-wide input with current resonance is used, there is a problem that input correction (overload protection level is constant even if the input voltage changes) becomes difficult for overload protection. As described in Non-Patent Document 1, page 214, the current flowing in the current resonance capacitor Ci (or primary winding P) for detecting overcurrent is an excitation current (circulating current) and a load current to the secondary side. It becomes the sum of. In order to reduce a switching loss due to a resonance phenomenon, a current resonance type switching power supply needs to increase an exciting current (circulating current) as the input voltage is wider. In particular, at the upper limit of the input voltage, the primary-side load current decreases as the input voltage increases, so that the proportion of the excitation current occupies a relatively large value, making it difficult to detect load current.

特許文献1に記載の過負荷保護回路は、入力電圧を何らかの方法で検出し、それに応じて過電流検出レベルを変えるものであり、電流共振型スイッチング電源では上述した励磁電流が占める割合が大きいため所望の電源特性を得ることができないという問題がある。   The overload protection circuit described in Patent Document 1 detects an input voltage by some method and changes the overcurrent detection level accordingly. In the current resonance type switching power supply, the above-described excitation current occupies a large proportion. There is a problem that desired power supply characteristics cannot be obtained.

図8は、従来のスイッチング電源装置において、ワイド入力で入力電圧が高い場合における無負荷時と最大負荷時の動作波形例を示す。図8(a)に示すように、無負荷時においては電流共振コンデンサに三角波状の励磁電流(循環電流)が流れている。また、図8(b)に示すように、最大負荷時においては電流共振コンデンサに励磁電流と負荷電流との合成電流が正弦波状に流れるが、最大負荷を取っても電流のピーク値が大きく変わらない事がわかる。このため、電流ピーク値を検出する方法では、過負荷保護を行うことが難しい。このことは、PFCが存在し入力電圧一定の場合には励磁電流(循環電流)が小さいので問題にならないが、ワイド入力の場合には顕著に問題になる。   FIG. 8 shows an example of operation waveforms at the time of no load and maximum load when the input voltage is high with a wide input in the conventional switching power supply device. As shown in FIG. 8A, a triangular wave excitation current (circulating current) flows through the current resonance capacitor when there is no load. As shown in FIG. 8B, the combined current of the excitation current and the load current flows through the current resonance capacitor in a sine wave shape at the maximum load, but the peak value of the current greatly changes even when the maximum load is taken. I understand that there is not. For this reason, it is difficult to perform overload protection in the method of detecting the current peak value. This is not a problem when the PFC is present and the input voltage is constant, since the excitation current (circulating current) is small, but it becomes a significant problem when the input is wide.

特許文献2に記載のスイッチング電源は、励磁電流をゼロとすることができるので、負荷電流だけを確認することができ、入力電圧によらず一定の過負荷保護を行うことができると予測され、所望の電源特性を得ることができると考えられる。しかしながら、この方式の問題点として、高価なカレントトランスを用いる必要がある。また、カレントトランスを使わずに抵抗でI−V変換を行って1次―2次間で信号伝達を行っても良いが、この場合は各種安全距離を取得する必要があり、基板レイアウトの制約と基板面積が増加する。可能であれば、高価なカレントトランスを用いず、また1次―2次間の信号伝達を行わない方がトータルの電源コストを考えると望まれる。   Since the switching power supply described in Patent Document 2 can make the excitation current zero, it can be predicted that only the load current can be confirmed, and constant overload protection can be performed regardless of the input voltage, It is considered that desired power supply characteristics can be obtained. However, as a problem of this method, it is necessary to use an expensive current transformer. In addition, it is possible to perform signal transmission between the primary and secondary by performing IV conversion with a resistor without using a current transformer, but in this case, it is necessary to obtain various safety distances, and board layout constraints And the board area increases. If possible, it is desirable not to use an expensive current transformer and not to transmit signals between the primary and secondary, considering the total power supply cost.

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、小型化及び低コスト化のため1次側において過負荷保護を行うに際し、励磁電流の影響を抑えるとともに、広範囲な入力電圧に対応して安定した過負荷保護を行うスイッチング電源装置を提供することを課題とする。   The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and suppresses the influence of excitation current and supports a wide range of input voltages when performing overload protection on the primary side for miniaturization and cost reduction. It is an object of the present invention to provide a switching power supply device that performs stable and stable overload protection.

本発明に係るスイッチング電源装置は、上記課題を解決するために、直流電源の両端に接続され、第1スイッチ素子と第2スイッチ素子とが直列に接続された第1直列回路と、前記第1スイッチ素子と前記第2スイッチ素子とのいずれか一方に並列に接続され、共振コンデンサと共振リアクトルとトランスの1次巻線とが直列に接続された第2直列回路と、前記トランスの2次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力電圧に基づいて前記第1スイッチ素子と前記第2スイッチ素子とを交互にオン/オフさせる制御回路と、前記第2直列回路に流れる電流を検出する電流検出部と、前記第1スイッチ素子と前記第2スイッチ素子との少なくとも一方のオン期間に同期して、前記電流検出部により検出された電流に基づく電圧値を平均して負荷電流値を抽出する負荷電流抽出部と、前記負荷電流抽出部により抽出された負荷電流値に基づいて過電流保護動作を行う過電流保護部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problem, a switching power supply according to the present invention is connected to both ends of a DC power supply, and includes a first series circuit in which a first switch element and a second switch element are connected in series, and the first A second series circuit that is connected in parallel to one of the switch element and the second switch element, and in which a resonant capacitor, a resonant reactor, and a primary winding of the transformer are connected in series; and a secondary winding of the transformer A rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing a line voltage; a control circuit for alternately turning on / off the first switch element and the second switch element based on an output voltage of the rectifying / smoothing circuit; and the second series circuit. a current detection unit for detecting a current flowing through said first in synchronism with at least one of the oN period of the switching element and the second switching element, based on the detected current by the current detecting section Characterized in that it comprises a load current extractor which averages the Ku voltage value to extract the load current value, an overcurrent protection unit which performs an overcurrent protective operation based on the load current value extracted by the load current extractor And

本発明によれば、小型化及び低コスト化のため1次側において過負荷保護を行うに際し、励磁電流の影響を抑えるとともに、広範囲な入力電圧に対応して安定した過負荷保護を行うことができる。   According to the present invention, when performing overload protection on the primary side for miniaturization and cost reduction, it is possible to suppress the influence of excitation current and to perform stable overload protection corresponding to a wide range of input voltages. it can.

本発明の実施例1の形態のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the switching power supply device of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の形態のスイッチング電源装置における制御回路の中身の一部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a part of content of the control circuit in the switching power supply device of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の形態のスイッチング電源装置における基準電圧生成回路の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of the reference voltage generation circuit in the switching power supply device of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の形態のスイッチング電源装置の動作を示す各部の波形図である。It is a wave form diagram of each part which shows operation | movement of the switching power supply device of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の形態のスイッチング電源装置における制御回路の中身の一部の構成の別例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows another example of a structure of a part of content of the control circuit in the switching power supply device of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の形態のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the switching power supply device of the form of Example 2 of this invention. 従来のスイッチング電源装置におけるDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the DC-DC converter in the conventional switching power supply device. 従来のスイッチング電源装置において、ワイド入力で入力電圧が高い場合における無負荷時と最大負荷時の動作波形例を示す図である。In the conventional switching power supply device, it is a figure which shows the example of an operation waveform at the time of the no load at the time of a maximum load when a wide input and input voltage are high.

以下、本発明のスイッチング電源装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。   Embodiments of a switching power supply apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。まず、本実施の形態の構成を説明する。図1は、本発明の実施例1のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration of the present embodiment will be described. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

ローサイドのスイッチング素子Q1は、本発明の第1スイッチ素子に対応する。また、ハイサイドのスイッチング素子Q2は、本発明の第2スイッチ素子に対応する。これらのスイッチング素子Q1,Q2は、例えばMOSFETである。スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とが直列に接続された直列回路は、本発明の第1直列回路に対応し、直流電源の両端に接続されている。ただし、本実施例における直流電源とは、商用交流電源を全波整流し、平滑コンデンサで平滑することで得られた直流電圧を出力する電源回路により構成されるものであり、抵抗R1,R2からなる直列回路の両端に直流電圧を出力している。   The low-side switching element Q1 corresponds to the first switch element of the present invention. The high-side switching element Q2 corresponds to the second switch element of the present invention. These switching elements Q1, Q2 are, for example, MOSFETs. The series circuit in which the switching element Q1 and the switching element Q2 are connected in series corresponds to the first series circuit of the present invention, and is connected to both ends of the DC power supply. However, the DC power supply in this embodiment is constituted by a power supply circuit that outputs a DC voltage obtained by full-wave rectifying a commercial AC power supply and smoothing it with a smoothing capacitor. DC voltage is output across the series circuit.

また、共振コンデンサCiと共振リアクトルLrとトランスT1の1次巻線Lpとが直列に接続された直列回路は、本発明の第2直列回路に対応する。ここで、共振リアクトルLrは、トランスT1の1次巻線Lpのリーケージインダクタンス(漏れインダクタンス)により構成されてもよい。また、スイッチング素子Q1には電圧共振コンデンサCvが並列に接続されている。本発明の第2直列回路は、第1スイッチ素子と第2スイッチ素子とのいずれか一方に並列に接続されるが、本実施例においては図1に示すように、第1スイッチ素子(スイッチング素子Q1)に並列に接続されている。なお、第2直列回路が第2スイッチ素子に並列に接続される場合については後述する。   The series circuit in which the resonant capacitor Ci, the resonant reactor Lr, and the primary winding Lp of the transformer T1 are connected in series corresponds to the second series circuit of the present invention. Here, the resonant reactor Lr may be configured by a leakage inductance (leakage inductance) of the primary winding Lp of the transformer T1. A voltage resonant capacitor Cv is connected in parallel to the switching element Q1. The second series circuit of the present invention is connected in parallel to either the first switch element or the second switch element. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the first switch element (switching element) Q1) is connected in parallel. The case where the second series circuit is connected in parallel to the second switch element will be described later.

ダイオードD1,D2と平滑コンデンサCoとによる直列回路は、本発明の整流平滑回路に対応し、トランスT1の二次巻線S1,S2に並列接続され、トランスT1の二次巻線S1,S2の電圧を整流平滑するものである。この整流平滑回路で得られた平滑コンデンサCoの直流電圧は、図1に示すスイッチング電源装置の出力電圧となり、Outputから直流電力を供給する。   The series circuit including the diodes D1 and D2 and the smoothing capacitor Co corresponds to the rectifying and smoothing circuit of the present invention, and is connected in parallel to the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1, and is connected to the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1. The voltage is rectified and smoothed. The DC voltage of the smoothing capacitor Co obtained by this rectifying and smoothing circuit becomes the output voltage of the switching power supply device shown in FIG. 1, and DC power is supplied from Output.

また、図1に記載のスイッチング電源装置は、制御回路10aを有している。この制御回路10aは、上述した整流平滑回路の出力電圧に基づいて、出力電圧が所定の値に保持されるようにスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを交互にオン/オフさせる。   In addition, the switching power supply device illustrated in FIG. 1 includes a control circuit 10a. The control circuit 10a alternately turns on / off the switching element Q1 and the switching element Q2 so that the output voltage is held at a predetermined value based on the output voltage of the rectifying / smoothing circuit described above.

具体的には、エラーアンプ20によって出力電圧が検出され、検出された出力電圧は、フォトカプラを介して一次側の制御回路10aのフィードバック端子(FB端子)に送られる。制御回路10aは、出力電圧に応じて内部の発振回路の発振周波数を調整し、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを交互にオン/オフさせる。これにより、制御回路10aは、共振コンデンサCiへの充放電期間を変化させ、トランスT1の2次側に誘導される電力量を制御する。   Specifically, the output voltage is detected by the error amplifier 20, and the detected output voltage is sent to a feedback terminal (FB terminal) of the control circuit 10a on the primary side via a photocoupler. The control circuit 10a adjusts the oscillation frequency of the internal oscillation circuit in accordance with the output voltage, and alternately turns on / off the switching element Q1 and the switching element Q2. Thereby, the control circuit 10a changes the charging / discharging period to the resonant capacitor Ci, and controls the amount of power induced to the secondary side of the transformer T1.

ここで、スイッチング素子Q1は、LO端子電圧がLowの場合にオフし、LO端子電圧がHighの場合にオンする。また、スイッチング素子Q2は、HO端子電圧がLowの場合にオフし、HO端子電圧がHighの場合にオンする。   Here, the switching element Q1 is turned off when the LO terminal voltage is Low, and is turned on when the LO terminal voltage is High. The switching element Q2 is turned off when the HO terminal voltage is Low, and turned on when the HO terminal voltage is High.

コンデンサC1と抵抗ROCPとは、電流共振コンデンサCiに流れる電流を分流するためにコンデンサCiに並列に接続されており、消費電力の低減に資する。これらのコンデンサC1、及び抵抗ROCPは、本発明の電流検出部に対応し、第2直列回路に流れる電流を検出する。すなわち、第2直列回路を流れる電流は、共振コンデンサCiとコンデンサC1とにより分流される。その際にコンデンサC1に流れる電流は、共振コンデンサCiに流れる電流に比例しており、抵抗ROCPに流れる。   The capacitor C1 and the resistor ROCP are connected in parallel to the capacitor Ci in order to shunt the current flowing through the current resonance capacitor Ci, which contributes to reduction of power consumption. The capacitor C1 and the resistor ROCP correspond to the current detection unit of the present invention and detect the current flowing through the second series circuit. That is, the current flowing through the second series circuit is shunted by the resonance capacitor Ci and the capacitor C1. At this time, the current flowing through the capacitor C1 is proportional to the current flowing through the resonant capacitor Ci and flows through the resistor ROCP.

図2は、本実施例のスイッチング電源装置における制御回路10aの中身の一部の構成を示すブロック図である。スイッチ22は、制御回路10a内部においてPL端子とCL端子との間に設けられ、LO端子電圧がLowの場合に閉じ、LO端子電圧がHighの場合に開く。このスイッチ22と、制御回路10aの外部においてCL端子に接続されたコンデンサC2とは、本発明の負荷電流抽出部に対応する。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of part of the contents of the control circuit 10a in the switching power supply device of this embodiment. The switch 22 is provided between the PL terminal and the CL terminal in the control circuit 10a, and is closed when the LO terminal voltage is Low and opened when the LO terminal voltage is High. The switch 22 and the capacitor C2 connected to the CL terminal outside the control circuit 10a correspond to the load current extraction unit of the present invention.

本発明の負荷電流抽出部は、第1スイッチ素子(スイッチング素子Q1)と第2スイッチ素子(スイッチング素子Q2)との少なくとも一方のオン期間に同期して、電流検出部により検出された電流を電圧信号に変換するとともに、電圧信号の電圧値を平均して負荷電流値を抽出する。   The load current extraction unit of the present invention converts the current detected by the current detection unit into a voltage in synchronization with an on period of at least one of the first switch element (switching element Q1) and the second switch element (switching element Q2). While converting to a signal, the voltage value of a voltage signal is averaged and a load current value is extracted.

本実施例においては、負荷電流抽出部は、第1スイッチ素子(スイッチング素子Q1)のオン期間に同期して、電流検出部により検出された電流を電圧信号に変換する。すなわち、負荷電流抽出部は、電流検出部により検出された電流を抵抗ROCPで電圧信号に変換したものを抵抗R3を介してPL端子から取り込み、スイッチング素子Q1のオン期間に同期してスイッチ22を開閉することで、スイッチング素子Q1のオン期間に同期した電圧信号をCL端子に出力する。   In the present embodiment, the load current extraction unit converts the current detected by the current detection unit into a voltage signal in synchronization with the ON period of the first switch element (switching element Q1). That is, the load current extraction unit takes in the current detected by the current detection unit into a voltage signal by the resistor ROCP from the PL terminal via the resistor R3, and switches the switch 22 in synchronization with the ON period of the switching element Q1. By opening and closing, a voltage signal synchronized with the ON period of the switching element Q1 is output to the CL terminal.

したがって、CL端子に出力された電圧信号は、スイッチング素子Q1のオン期間に同期して、コンデンサC2に対し充放電を行う。これにより、CL端子電圧は、電圧信号を平均化したものとなる。すなわち、負荷電流抽出部は、電流検出部により検出された電流を電圧信号に変換する際に、正負の符号を含む形で電圧信号に変換し、整流することなく電圧信号の電圧値を平均して負荷電流値を抽出する。   Therefore, the voltage signal output to the CL terminal charges and discharges the capacitor C2 in synchronization with the ON period of the switching element Q1. As a result, the CL terminal voltage is obtained by averaging the voltage signal. That is, when converting the current detected by the current detection unit into a voltage signal, the load current extraction unit converts the voltage signal into a voltage signal including a positive / negative sign, and averages the voltage value of the voltage signal without rectification. To extract the load current value.

図2に示す基準電圧生成回路24、コンパレータ26、及び過電力保護回路28は、本発明の過電流保護部に対応し、負荷電流抽出部により抽出された負荷電流値に基づいて過電流保護動作を行う。ここで、過電流保護部の各構成について説明する。   The reference voltage generation circuit 24, the comparator 26, and the overpower protection circuit 28 illustrated in FIG. 2 correspond to the overcurrent protection unit of the present invention, and perform an overcurrent protection operation based on the load current value extracted by the load current extraction unit. I do. Here, each configuration of the overcurrent protection unit will be described.

基準電圧生成回路24は、入力されたVsen電圧に基づいて第2基準電圧値を生成し、出力する。ここで、Vsen電圧は、入力電圧(直流電源の電圧)から生成される抵抗R1,R2の抵抗分割に応じた値の電圧である。言い換えると、基準電圧生成回路24は、直流電源の電圧値に基づいて第2基準電圧値を生成する。   The reference voltage generation circuit 24 generates and outputs a second reference voltage value based on the input Vsen voltage. Here, the Vsen voltage is a voltage having a value corresponding to the resistance division of the resistors R1 and R2 generated from the input voltage (DC power supply voltage). In other words, the reference voltage generation circuit 24 generates the second reference voltage value based on the voltage value of the DC power supply.

図3は、本実施例のスイッチング電源装置における基準電圧生成回路24の出力を示す図であり、入力されたVsen電圧に対して出力する第2基準電圧の電圧値を示している。基本的に、基準電圧生成回路24は、図3に示すように、直流電源の電圧値の増加(Vsen電圧の増加)に対して第2基準電圧値を減少させ、直流電源の電圧値の減少(Vsen電圧の減少)に対して第2基準電圧値を増加させるような相補的な関係となる電圧を出力する。   FIG. 3 is a diagram showing the output of the reference voltage generation circuit 24 in the switching power supply device of this embodiment, and shows the voltage value of the second reference voltage that is output with respect to the input Vsen voltage. Basically, as shown in FIG. 3, the reference voltage generation circuit 24 decreases the second reference voltage value with respect to the increase in the voltage value of the DC power supply (increase in the Vsen voltage), and decreases the voltage value of the DC power supply. A voltage having a complementary relationship such that the second reference voltage value is increased with respect to (decrease in Vsen voltage) is output.

これは、1次側に流れる電流は入力電圧が高いと小さくなるので、Vsen電圧が高くなると第2基準電圧が小さくなるように基準電圧生成回路24が調整し、適切な過電流検出を行うことができるようにするためである。   This is because the current flowing to the primary side becomes smaller when the input voltage is higher, so that the reference voltage generation circuit 24 adjusts so that the second reference voltage becomes smaller when the Vsen voltage becomes higher, and appropriate overcurrent detection is performed. This is to make it possible.

ただし、基準電圧生成回路24は、実際のスイッチング電源特性に合わせて非線形特性を持っていてもよく、例えば図3(a)に示すように所定のVsen電圧値を境としてVsen電圧に対する第2基準電圧値の傾きを変化させてもよいし、図3(b)に示すようにVsen電圧に対して第2基準電圧値が単純に負の傾斜を持たせるようにしてもよい。   However, the reference voltage generation circuit 24 may have nonlinear characteristics in accordance with actual switching power supply characteristics. For example, as shown in FIG. 3A, the second reference for the Vsen voltage with a predetermined Vsen voltage value as a boundary. The slope of the voltage value may be changed, or the second reference voltage value may simply have a negative slope with respect to the Vsen voltage as shown in FIG.

コンパレータ26は、基準電圧生成回路24により生成された第2基準電圧値とCL端子電圧とを比較し、CL端子電圧の電圧値が第2基準電圧値未満である場合にLowレベルの電圧を出力し、CL端子電圧の電圧値が第2基準電圧値以上である場合にHighレベルの電圧を出力する。   The comparator 26 compares the second reference voltage value generated by the reference voltage generation circuit 24 with the CL terminal voltage, and outputs a low level voltage when the voltage value of the CL terminal voltage is less than the second reference voltage value. When the voltage value of the CL terminal voltage is equal to or higher than the second reference voltage value, a high level voltage is output.

過電力保護回路28は、コンパレータ26によりHighレベルの電圧が出力された場合に、過電流保護(過電力保護)動作を行う。過電力保護回路28による保護動作は、従来からある一般的な動作でよく、例えば発振を停止させて2次側への電力供給を停止してもよいし、発振周波数を強制的に上昇させて2次側への電力供給を制限してもよい。過電力保護回路28による具体的な動作は、本発明の本質的な部分ではなく、上述した方法に制限されるものではない。   The overpower protection circuit 28 performs an overcurrent protection (overpower protection) operation when a high level voltage is output from the comparator 26. The protection operation by the overpower protection circuit 28 may be a conventional operation, for example, by stopping the oscillation and stopping the power supply to the secondary side, or by forcibly increasing the oscillation frequency. The power supply to the secondary side may be limited. The specific operation by the overpower protection circuit 28 is not an essential part of the present invention, and is not limited to the method described above.

すなわち、過電流保護部は全体として、直流電源の電圧値に基づいて第2基準電圧値を生成し、負荷電流抽出部により抽出された負荷電流値(CL端子電圧値に相当)が第2基準電圧値以上である場合に過電流保護動作を行う。   That is, the overcurrent protection unit as a whole generates the second reference voltage value based on the voltage value of the DC power supply, and the load current value (corresponding to the CL terminal voltage value) extracted by the load current extraction unit is the second reference voltage value. Overcurrent protection is performed when the voltage is higher than the specified value.

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。過電流が流れていない通常の動作は、図7で説明した従来の装置と同様である。コンデンサC1と抵抗ROCPとは、上述したように第2直列回路に流れる電流を検出する電流検出部であり、本来共振コンデンサCiに流れる電流をコンデンサC1に分流し、抵抗ROCPにおいて電圧に変換する。   Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. A normal operation in which no overcurrent flows is the same as that of the conventional apparatus described in FIG. The capacitor C1 and the resistor ROCP are current detection units that detect the current flowing through the second series circuit as described above, and the current that originally flows through the resonant capacitor Ci is shunted to the capacitor C1 and converted into a voltage at the resistor ROCP.

本実施例における負荷電流抽出部は、第1スイッチ素子(スイッチング素子Q1)のオン期間に同期して、電流検出部により検出された電流を電圧信号に変換する。すなわち、負荷電流抽出部は、抵抗ROCPで電圧信号に変換したものを抵抗R3を介してPL端子から取り込み、スイッチング素子Q1のオン期間に同期してCL端子からコンデンサC2に対して充放電を行う。   The load current extraction unit in the present embodiment converts the current detected by the current detection unit into a voltage signal in synchronization with the ON period of the first switch element (switching element Q1). That is, the load current extraction unit takes in the voltage signal converted by the resistor ROCP from the PL terminal via the resistor R3, and charges and discharges the capacitor C2 from the CL terminal in synchronization with the ON period of the switching element Q1. .

図4は、本実施例のスイッチング電源装置の動作を示す各部の波形図である。スイッチ22は、上述したようにLO端子電圧がLowの場合に閉じ、LO端子電圧がHighの場合に開く。したがって、抵抗R3に流れる電流は、図4に示すようにスイッチング素子Q1がオンの期間にゼロとなり、スイッチング素子Q1がオフの期間に第2直列回路に流れる電流に応じた値となる。   FIG. 4 is a waveform diagram of each part showing the operation of the switching power supply device of the present embodiment. As described above, the switch 22 is closed when the LO terminal voltage is Low, and is opened when the LO terminal voltage is High. Therefore, as shown in FIG. 4, the current flowing through the resistor R3 becomes zero when the switching element Q1 is on, and has a value corresponding to the current flowing through the second series circuit when the switching element Q1 is off.

このようにローサイド側又はハイサイド側に波形を分けるのは、電流共振コンデンサCiに流れる電流は、ローサイドとハイサイドを合算するとゼロになるためである。本実施例におけるスイッチング電源装置は、ローサイド側MOSFET(スイッチング素子Q1)のゲート信号を用いている。   The reason for dividing the waveform into the low side and the high side in this way is that the current flowing through the current resonance capacitor Ci becomes zero when the low side and the high side are added together. The switching power supply in the present embodiment uses the gate signal of the low-side MOSFET (switching element Q1).

図4に示すように、本実施例のスイッチング電源装置は、ローサイド側MOSFET(スイッチング素子Q1)のゲート信号がLowの時に、CL端子に接続されたコンデンサC2に、抵抗R3を通して充放電を行う。これにより、CL端子に対してマイナス方向から平均化を行う事ができる。   As shown in FIG. 4, the switching power supply according to the present embodiment charges and discharges the capacitor C2 connected to the CL terminal through the resistor R3 when the gate signal of the low-side MOSFET (switching element Q1) is Low. As a result, the CL terminal can be averaged from the minus direction.

すなわち、励磁電流(循環電流)は図4に示すようにマイナス方向からプラス方向に流れているので相殺され、励磁電流(循環電流)分の影響を少なくする事ができ、負荷電流分のみがコンデンサC2に充電される。したがって、コンデンサC2に接続されたCL端子電圧は、2次側に送られる負荷電流値に基づいた値となる。   That is, the exciting current (circulating current) flows from the negative direction to the positive direction as shown in FIG. 4 and is therefore canceled out. The influence of the exciting current (circulating current) can be reduced, and only the load current is the capacitor. C2 is charged. Therefore, the CL terminal voltage connected to the capacitor C2 becomes a value based on the load current value sent to the secondary side.

このようにして、本実施例の負荷電流抽出部は、負荷電流分のみを抽出し、負荷電流値に対応した電圧をCL端子に出力することができる。   In this way, the load current extraction unit of this embodiment can extract only the load current and output a voltage corresponding to the load current value to the CL terminal.

コンパレータ26は、基準電圧生成回路24により生成された第2基準電圧値とCL端子電圧とを比較し、CL端子電圧の電圧値が第2基準電圧値未満である場合にLowレベルの電圧を出力し、CL端子電圧の電圧値が第2基準電圧値以上である場合にHighレベルの電圧を出力する。過電力保護回路28は、コンパレータ26によりHighレベルの電圧が出力された場合に、過電流保護(過電力保護)動作を行う。   The comparator 26 compares the second reference voltage value generated by the reference voltage generation circuit 24 with the CL terminal voltage, and outputs a low level voltage when the voltage value of the CL terminal voltage is less than the second reference voltage value. When the voltage value of the CL terminal voltage is equal to or higher than the second reference voltage value, a high level voltage is output. The overpower protection circuit 28 performs an overcurrent protection (overpower protection) operation when a high level voltage is output from the comparator 26.

すなわち、過電流保護部は、直流電源の電圧値に基づいて第2基準電圧値を生成し、負荷電流抽出部により抽出された負荷電流値(CL端子電圧値に相当)が第2基準電圧値以上である場合に過電流保護動作を行う。   That is, the overcurrent protection unit generates the second reference voltage value based on the voltage value of the DC power supply, and the load current value (corresponding to the CL terminal voltage value) extracted by the load current extraction unit is the second reference voltage value. In the above case, the overcurrent protection operation is performed.

上述のとおり、本発明の実施例1の形態に係るスイッチング電源装置によれば、小型化及び低コスト化のため1次側において過負荷保護を行うに際し、励磁電流(循環電流)の影響を抑えるとともに、広範囲な入力電圧に対応して安定した過負荷保護を行うことができる。   As described above, the switching power supply according to the first embodiment of the present invention suppresses the influence of excitation current (circulating current) when performing overload protection on the primary side for downsizing and cost reduction. In addition, stable overload protection can be performed in response to a wide range of input voltages.

すなわち、本実施例のスイッチング電源装置は、PFC無しで且つワールドワイド入力のように入力電圧が変化する場合においても対応することができ、基準電圧生成回路24が直流電源の電圧値に基づいて第2基準電圧値を生成するので、適切な検出スレッシュによる過電流検出を行うことができる。   In other words, the switching power supply apparatus of this embodiment can cope with the case where the input voltage changes without the PFC and the world wide input, and the reference voltage generation circuit 24 is based on the voltage value of the DC power supply. Since two reference voltage values are generated, overcurrent detection can be performed with an appropriate detection threshold.

また、一次巻線Pに流れる電流が励磁電流(循環電流)と2次側への負荷電流の合計であり、入力電圧が高い場合に一次側負荷電流が少なくなるため励磁電流が占める割合が相対的に大きくなっても、負荷電流抽出部が励磁電流(循環電流)の影響を小さくして負荷電流値のみを抽出するので、本実施例のスイッチング電源装置は、適切に過電流検出を行うことができる。   In addition, the current flowing through the primary winding P is the sum of the exciting current (circulating current) and the load current to the secondary side. When the input voltage is high, the primary side load current decreases, so the proportion of the exciting current is relative. Since the load current extraction unit extracts only the load current value by reducing the influence of the excitation current (circulating current) even if the current becomes larger, the switching power supply device of this embodiment must appropriately detect the overcurrent. Can do.

さらに、特許文献2に記載のスイッチング電源のように高価なカレントトランスを用いる必要がないため低コストで実現することができ、また1次側において過負荷保護を行うため、1次―2次間で信号伝達を行う必要がなく、各種安全距離を取得する必要がないので装置の小型化が期待できる。特に、1次制御回路と合わせてIC化すれば、設計が簡単で大幅なコストダウンが可能となる。   Further, since it is not necessary to use an expensive current transformer as in the switching power supply described in Patent Document 2, it can be realized at a low cost, and overload protection is performed on the primary side. Therefore, it is not necessary to transmit signals and it is not necessary to acquire various safety distances, so that the size of the apparatus can be reduced. In particular, if an IC is formed together with the primary control circuit, the design is simple and the cost can be significantly reduced.

なお、本発明を実現するに際し、過電流保護部は、必ずしも図2に示す構成に限らない。図5は、本実施例のスイッチング電源装置における制御回路10aの中身の一部の構成の別例を示すブロック図である。   In realizing the present invention, the overcurrent protection unit is not necessarily limited to the configuration shown in FIG. FIG. 5 is a block diagram showing another example of the configuration of part of the contents of the control circuit 10a in the switching power supply device of this embodiment.

図5に示す振幅調整回路23、乗算回路25、コンパレータ26、及び過電力保護回路28は、本発明の過電流保護部に対応し、負荷電流抽出部により抽出された負荷電流値に基づいて過電流保護動作を行う。ここで、過電流保護部の各構成について説明する。   The amplitude adjustment circuit 23, the multiplication circuit 25, the comparator 26, and the overpower protection circuit 28 shown in FIG. 5 correspond to the overcurrent protection unit of the present invention, and are based on the load current value extracted by the load current extraction unit. Performs current protection. Here, each configuration of the overcurrent protection unit will be described.

振幅調整回路23は、入力されたVsen電圧を適切なスケールに調整する回路であり、特にIC化する際に電圧値をICの動作範囲内に収める役割を有する。この振幅調整回路23は、本発明の本質的部分には特に関係しない。   The amplitude adjustment circuit 23 is a circuit that adjusts the input Vsen voltage to an appropriate scale, and has a role of keeping the voltage value within the IC operating range, particularly when an IC is formed. The amplitude adjusting circuit 23 is not particularly related to the essential part of the present invention.

乗算回路25は、CL端子電圧と振幅調整回路23により適切な振幅に調整されたVsen電圧とを乗算して出力する。ここで、CL端子電圧は、2次側に送られる負荷電流値に基づいているので、(CL端子電圧)×(Vsen電圧)=(2次側負荷電力に相似)ということができる。   The multiplication circuit 25 multiplies the CL terminal voltage by the Vsen voltage adjusted to an appropriate amplitude by the amplitude adjustment circuit 23 and outputs the result. Here, since the CL terminal voltage is based on the load current value sent to the secondary side, it can be said that (CL terminal voltage) × (Vsen voltage) = (similar to the secondary side load power).

コンパレータ26は、第1基準電圧27と乗算回路25による出力電圧とを比較し、乗算回路25による出力電圧値が第1基準電圧値未満である場合にLowレベルの電圧を出力し、乗算回路25による出力電圧値が第1基準電圧値以上である場合にHighレベルの電圧を出力する。また、過電力保護回路28は、図2の場合と同様である。   The comparator 26 compares the first reference voltage 27 with the output voltage from the multiplication circuit 25, and outputs a low level voltage when the output voltage value from the multiplication circuit 25 is less than the first reference voltage value. When the output voltage value by is equal to or higher than the first reference voltage value, a high level voltage is output. The overpower protection circuit 28 is the same as in FIG.

すなわち、過電流保護部は全体として、負荷電流抽出部により抽出された負荷電流値(CL端子電圧値に相当)と直流電源の電圧値(Vsen電圧値に相当)とを乗算し、得られた乗算値が第1基準電圧27による第1基準電圧値以上である場合に過電流保護動作を行う。   That is, the overcurrent protection unit as a whole was obtained by multiplying the load current value (corresponding to the CL terminal voltage value) extracted by the load current extracting unit and the DC power supply voltage value (corresponding to the Vsen voltage value). When the multiplication value is equal to or higher than the first reference voltage value by the first reference voltage 27, the overcurrent protection operation is performed.

本実施例のスイッチング電源装置は、図5に示すような過電流保護部を用いたとしても、図2に示す過電流保護部と同様の効果を得ることができる。特に、乗算回路25による出力値が2次側負荷電力に相当するので、図2の場合のように基準電圧生成回路24による第2基準電圧を適切に調整する必要が無く、過電流保護部は、得られた乗算値と固定値たる第1基準電圧値とを比較することにより、適切に過負荷保護動作を行うことができる。   Even if the overcurrent protection unit as shown in FIG. 5 is used, the switching power supply according to the present embodiment can obtain the same effect as the overcurrent protection unit shown in FIG. In particular, since the output value from the multiplication circuit 25 corresponds to the secondary side load power, there is no need to appropriately adjust the second reference voltage by the reference voltage generation circuit 24 as in the case of FIG. The overload protection operation can be appropriately performed by comparing the obtained multiplication value with the first reference voltage value which is a fixed value.

図6は、本発明の実施例2のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。図1に示す実施例1のスイッチング電源装置の構成と異なる点は、共振回路の構成部品がハイサイド側MOSFETに変更されている点である。すなわち、本実施例において、共振コンデンサCiと共振リアクトルLrとトランスT1の1次巻線Lpとが直列に接続された直列回路(本発明の第2直列回路に対応)は、実施例1の場合と異なり、第2スイッチ素子(スイッチング素子Q2)に並列に接続されている。   FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the switching power supply device according to the second embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the switching power supply device according to the first embodiment shown in FIG. 1 is that the components of the resonance circuit are changed to high-side MOSFETs. That is, in the present embodiment, the series circuit (corresponding to the second series circuit of the present invention) in which the resonant capacitor Ci, the resonant reactor Lr, and the primary winding Lp of the transformer T1 are connected in series is the case of the first embodiment. Unlike the above, the second switch element (switching element Q2) is connected in parallel.

また、本実施例においては、分流コンデンサを使用しない代わりに、ローサイド側MOSFETのソース−GND間に電流検出用抵抗ROCPが設けられている。本実施例において、この抵抗ROCPは、本発明の電流検出部に対応し、第2直列回路に流れる電流を検出する。すなわち、第2直列回路を流れる電流は、スイッチング素子Q1を介して、抵抗ROCPに流れる。   In this embodiment, instead of using a shunt capacitor, a current detection resistor ROCP is provided between the source and GND of the low-side MOSFET. In this embodiment, the resistor ROCP corresponds to the current detector of the present invention and detects the current flowing through the second series circuit. That is, the current flowing through the second series circuit flows to the resistor ROCP via the switching element Q1.

本実施例のスイッチング電源装置における制御回路10bの中身の一部の構成は、実施例1で説明した図2あるいは図5と同様でよい。ただし、スイッチ22は、LO端子電圧がLowの場合に開き、LO端子電圧がHighの場合に閉じる。このスイッチ22と、制御回路10bの外部においてCL端子に接続されたコンデンサC2とは、本発明の負荷電流抽出部に対応する。   The configuration of part of the contents of the control circuit 10b in the switching power supply device of this embodiment may be the same as that in FIG. 2 or FIG. 5 described in the first embodiment. However, the switch 22 opens when the LO terminal voltage is Low, and closes when the LO terminal voltage is High. The switch 22 and the capacitor C2 connected to the CL terminal outside the control circuit 10b correspond to the load current extraction unit of the present invention.

その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。   Other configurations are the same as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。基本的な動作は実施例1で説明したスイッチング電源装置と同様である。抵抗ROCPは、上述したように第2直列回路に流れる電流を検出する電流検出部であり、スイッチング素子Q1がオンしたときに共振コンデンサCiに流れる電流を抵抗ROCPにおいて電圧に変換する。   Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. The basic operation is the same as that of the switching power supply device described in the first embodiment. The resistor ROCP is a current detection unit that detects the current flowing through the second series circuit as described above, and converts the current flowing through the resonance capacitor Ci into a voltage at the resistor ROCP when the switching element Q1 is turned on.

本実施例における負荷電流抽出部は、第1スイッチ素子(スイッチング素子Q1)のオン期間に同期して、電流検出部により検出された電流を電圧信号に変換する。すなわち、負荷電流抽出部は、抵抗ROCPで電圧信号に変換したものを抵抗R3を介してPL端子から取り込み、スイッチング素子Q1のオン期間に同期してCL端子からコンデンサC2に対して充放電を行う。   The load current extraction unit in the present embodiment converts the current detected by the current detection unit into a voltage signal in synchronization with the ON period of the first switch element (switching element Q1). That is, the load current extraction unit takes in the voltage signal converted by the resistor ROCP from the PL terminal via the resistor R3, and charges and discharges the capacitor C2 from the CL terminal in synchronization with the ON period of the switching element Q1. .

その他の作用は実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。   Other operations are the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.

上述のとおり、本発明の実施例2の形態に係るスイッチング電源装置によれば、共振回路の構成部品がハイサイド側にある場合や、分流コンデンサを使用せずに電流検出用の抵抗ROCPがローサイド側MOSFETに直列に接続されているような場合であっても、実施例1と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the switching power supply according to the second embodiment of the present invention, when the component of the resonance circuit is on the high side, or the current detection resistor ROCP is not used without using the shunt capacitor. Even in the case of being connected in series to the side MOSFET, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

なお、抵抗ROCPの代わりにカレントトランスを代用した場合には、抵抗ROCPの電力損失を抑え、巻線間は低圧で済むため、特許文献2に記載のスイッチング電源装置のように1次−2次間耐圧は必要とせず、安価なものが使用できる。   When a current transformer is used instead of the resistor ROCP, the power loss of the resistor ROCP is suppressed, and a low voltage is required between the windings. There is no need for intermediate pressure resistance, and an inexpensive one can be used.

本発明に係るスイッチング電源装置は、電流共振型のスイッチング電源装置に利用可能である。   The switching power supply according to the present invention can be used for a current resonance type switching power supply.

10,10a,10b 制御回路
11 発振回路
13 D型フリップフロップ回路
14,15 デッドタイム生成回路
16 レベルシフト回路
17,18 バッファ回路
20 電圧検出回路(エラーアンプ)
22 スイッチ
23 振幅調整回路
24 基準電圧生成回路
25 乗算回路
26 コンパレータ
27 第1基準電圧
28 過電力保護回路
C1,C2 コンデンサ
Ci,Cri 共振コンデンサ
Cv,Crv 電圧共振コンデンサ
Co 平滑コンデンサ
D1,D2,D8,D9 ダイオード
Lp 一次巻線
Lr 共振リアクトル
Q1,Q2 スイッチング素子
R1,R2,R3,ROCP 抵抗
S1,S2 二次巻線
T,T1,T2 トランス
10, 10a, 10b Control circuit 11 Oscillation circuit 13 D-type flip-flop circuit 14, 15 Dead time generation circuit 16 Level shift circuit 17, 18 Buffer circuit 20 Voltage detection circuit (error amplifier)
22 switch 23 amplitude adjustment circuit 24 reference voltage generation circuit 25 multiplication circuit 26 comparator 27 first reference voltage 28 overpower protection circuit C1, C2 capacitor Ci, Cri resonance capacitor Cv, Crv voltage resonance capacitor Co smoothing capacitors D1, D2, D8, D9 Diode Lp Primary winding Lr Resonant reactor Q1, Q2 Switching element R1, R2, R3, ROCP Resistance S1, S2 Secondary winding T, T1, T2 Transformer

Claims (5)

直流電源の両端に接続され、第1スイッチ素子と第2スイッチ素子とが直列に接続された第1直列回路と、
前記第1スイッチ素子と前記第2スイッチ素子とのいずれか一方に並列に接続され、共振コンデンサと共振リアクトルとトランスの1次巻線とが直列に接続された第2直列回路と、
前記トランスの2次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力電圧に基づいて前記第1スイッチ素子と前記第2スイッチ素子とを交互にオン/オフさせる制御回路と、
前記第2直列回路に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記第1スイッチ素子と前記第2スイッチ素子との少なくとも一方のオン期間に同期して、前記電流検出部により検出された電流に基づく電圧値を平均して負荷電流値を抽出する負荷電流抽出部と、
前記負荷電流抽出部により抽出された負荷電流値に基づいて過電流保護動作を行う過電流保護部と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
A first series circuit connected to both ends of the DC power source, wherein the first switch element and the second switch element are connected in series;
A second series circuit connected in parallel to one of the first switch element and the second switch element, wherein a resonance capacitor, a resonance reactor, and a primary winding of a transformer are connected in series;
A rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing the voltage of the secondary winding of the transformer;
A control circuit that alternately turns on and off the first switch element and the second switch element based on an output voltage of the rectifying and smoothing circuit;
A current detection unit for detecting a current flowing in the second series circuit;
A load current extraction unit that extracts a load current value by averaging voltage values based on the current detected by the current detection unit in synchronization with an ON period of at least one of the first switch element and the second switch element. When,
An overcurrent protection unit that performs an overcurrent protection operation based on the load current value extracted by the load current extraction unit;
A switching power supply device comprising:
前記共振リアクトルは、前記トランスの1次巻線のリーケージインダクタンスにより構成されることを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。   2. The switching power supply device according to claim 1, wherein the resonant reactor is configured by a leakage inductance of a primary winding of the transformer. 前記負荷電流抽出部は、前記電流検出部により検出された電流を電圧信号に変換する際に、正負の符号を含む形で電圧信号に変換し、整流することなく前記電圧信号の電圧値を平均して負荷電流値を抽出することを特徴とする請求項1又は請求項2記載のスイッチング電源装置。   When the load current extraction unit converts the current detected by the current detection unit into a voltage signal, the load current extraction unit converts the voltage signal into a voltage signal including a positive / negative sign, and averages the voltage value of the voltage signal without rectification. 3. The switching power supply according to claim 1, wherein a load current value is extracted. 前記過電流保護部は、前記負荷電流抽出部により抽出された負荷電流値と前記直流電源の電圧値とを乗算し、得られた乗算値が第1基準電圧値以上である場合に過電流保護動作を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のスイッチング電源装置。   The overcurrent protection unit multiplies the load current value extracted by the load current extraction unit by the voltage value of the DC power source, and when the obtained multiplication value is equal to or greater than a first reference voltage value, the overcurrent protection is performed. The switching power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the switching power supply device operates. 前記過電流保護部は、前記直流電源の電圧値に基づいて第2基準電圧値を生成し、前記負荷電流抽出部により抽出された負荷電流値が前記第2基準電圧値以上である場合に過電流保護動作を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のスイッチング電源装置。   The overcurrent protection unit generates a second reference voltage value based on the voltage value of the DC power supply, and the overcurrent protection unit detects an overcurrent when the load current value extracted by the load current extraction unit is greater than or equal to the second reference voltage value. The switching power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein a current protection operation is performed.
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