JP5860511B2

JP5860511B2 - Switching power supply

Info

Publication number: JP5860511B2
Application number: JP2014150162A
Authority: JP
Inventors: 安彦木本; 康治蕨; 久保田　一成; 一成久保田; 智彦吉野
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: JP2014197983A

Description

本発明は、交流電源電圧を直流電源電圧に変換するスイッチング電源装置に関し、特に、一次側回路−二次側回路間のサージ耐圧を高めることを可能にしたスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device that converts an AC power supply voltage into a DC power supply voltage, and more particularly to a switching power supply device that can increase a surge withstand voltage between a primary side circuit and a secondary side circuit.

近年、様々な電子機器において、スイッチング電源装置が使用されている。スイッチング電源装置は、交流電源（商用電源）に接続された整流回路と、この整流回路からの整流出力を平滑する平滑コンデンサと、この平滑コンデンサからの直流電圧が供給されるトランスと、平滑コンデンサからの直流電圧がトランスの一次巻線を介して供給されるスイッチング素子とを有している。スイッチング素子は、スイッチング制御回路によってオン／オフ制御され、このスイッチング素子のオフ期間に一次巻線に蓄えたエネルギーを、スイッチング素子のオン期間に二次巻線に励起し、二次巻線に発生する電圧を整流することで直流電圧出力を得ている。また、安定した直流電圧出力を得るために、直流電圧出力の変動をモニタし、スイッチング制御回路にフィードバックすることにより、スイッチング素子のオン／オフ時間を制御している。そして、直流電圧出力の変動のモニタ及びフィードバックには、一次側回路と二次側回路間の絶縁性を維持する目的からフォトカプラが用いられている（例えば、特許文献１）。 In recent years, switching power supply devices are used in various electronic devices. The switching power supply device includes a rectifier circuit connected to an AC power supply (commercial power supply), a smoothing capacitor that smoothes the rectified output from the rectifier circuit, a transformer that is supplied with a DC voltage from the smoothing capacitor, and a smoothing capacitor. Switching element to which the direct current voltage is supplied via the primary winding of the transformer. The switching element is ON / OFF controlled by a switching control circuit, and the energy stored in the primary winding during the OFF period of this switching element is excited in the secondary winding during the ON period of the switching element and is generated in the secondary winding. DC voltage output is obtained by rectifying the voltage. In order to obtain a stable DC voltage output, the fluctuation of the DC voltage output is monitored and fed back to the switching control circuit to control the on / off time of the switching element. For monitoring and feedback of fluctuations in DC voltage output, a photocoupler is used for the purpose of maintaining insulation between the primary side circuit and the secondary side circuit (for example, Patent Document 1).

特開２００９−１５３２３４号JP 2009-153234 A

上述のように、スイッチング電源装置は機器が必要とする所定の電圧を出力するもので、通常、商用電源に接続される。そのため、各種安全規格に適合するように設計されており、例えば、特許文献１のような構成では、一次側回路−二次側回路間のサージ耐圧が安全規格に適合するように高耐圧（例えば、５ｋＶ）のフォトカプラを用いることにより、一次側回路−二次側回路間の絶縁耐圧を保証している。スイッチング電源装置が、電話交換機、サーバー等、常時安定した電源の供給が必要とされる機器に用いられる場合には、とりわけ高度な信頼性が要求され、安全規格上求められるサージ耐圧以上のサージ耐圧が求められるが、特許文献１の構成ではサージ耐圧がフォトカプラの耐圧に依存するため、フォトカプラの耐圧までしか保証できない。 As described above, the switching power supply device outputs a predetermined voltage required by the device, and is usually connected to a commercial power supply. Therefore, it is designed to conform to various safety standards. For example, in a configuration such as Patent Document 1, a high withstand voltage (for example, a surge withstand voltage between the primary side circuit and the secondary side circuit conforms to the safety standard (for example, 5 kV), a dielectric breakdown voltage between the primary side circuit and the secondary side circuit is guaranteed. When switching power supplies are used in equipment that requires constant power supply, such as telephone exchanges and servers, a particularly high level of reliability is required, and the surge withstand voltage is higher than the surge withstand voltage required by safety standards. However, in the configuration of Patent Document 1, since the surge withstand voltage depends on the withstand voltage of the photocoupler, only the withstand voltage of the photocoupler can be guaranteed.

サージ耐圧を高める方法としては、フォトカプラを使用せず、一次側補助巻線に発生する電圧をモニタしフィードバックすることも考えられるが、負荷によって変動する二次側回路の電圧を直接モニタする構成ではないため、フォトカプラを用いる構成と比較して出力電圧の精度が悪くなる。 As a method of increasing the surge withstand voltage, it is possible to monitor and feed back the voltage generated in the primary side auxiliary winding without using a photocoupler, but the configuration that directly monitors the voltage of the secondary side circuit that varies depending on the load Therefore, the accuracy of the output voltage is worse than the configuration using the photocoupler.

本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、高耐圧で出力電圧精度の高いスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a switching power supply device with high breakdown voltage and high output voltage accuracy.

上記の目的を達成するため、本願発明のスイッチング電源装置は、一次巻線と、一次巻線の他端に接続され一次巻線に流れる電流をオン／オフするスイッチング素子と、スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路とを有する一次側回路と、二次巻線と、二次巻線に生じる電圧を整流し平滑化する直流化回路とを有する二次側回路と、を備えたスイッチング電源装置であって、直流化回路の出力電圧を検出する検出回路と、一次側回路及び二次側回路と電気的に絶縁された状態で、検出回路の検出結果を制御回路にフィードバックする中継回路とを備える。検出回路は、検出した出力電圧に応じた光量の光を発光する第１の発光素子を有し、中継回路は、入射される光を受光して光量に応じた電流を生成する第１の受光素子と、該第１の受光素子と直列に接続され、該第１の受光素子により生成された電流の大きさに応じた光量の光を発光する第２の発光素子とを有し、制御回路は、第２の発光素子からの光を受光し、光量に応じた電流を生成する第２の受光素子を有し、制御回路は、第２の受光素子により生成された電流の大きさに基づいてスイッチング素子のオン／オフを制御し、中継回路は、第１の発光素子からの光を受光する。 In order to achieve the above object, a switching power supply device according to the present invention includes a primary winding, a switching element connected to the other end of the primary winding for turning on / off a current flowing in the primary winding, and an on / off switching element. A switching power supply comprising: a primary side circuit having a control circuit for controlling OFF; a secondary side circuit having a secondary winding; and a DC circuit for rectifying and smoothing a voltage generated in the secondary winding. A detection circuit for detecting an output voltage of the DC circuit, and a relay circuit for feeding back a detection result of the detection circuit to the control circuit in a state of being electrically insulated from the primary side circuit and the secondary side circuit; Is provided. The detection circuit includes a first light emitting element that emits light of a light amount corresponding to the detected output voltage, and the relay circuit receives a first light reception that receives incident light and generates a current corresponding to the light amount. And a second light emitting element that is connected in series with the first light receiving element and emits light having a light amount corresponding to the magnitude of the current generated by the first light receiving element. Has a second light receiving element that receives light from the second light emitting element and generates a current corresponding to the amount of light, and the control circuit is based on the magnitude of the current generated by the second light receiving element. The switching element is turned on / off, and the relay circuit receives light from the first light emitting element.

このような構成により、第１の発光素子の光が、中継回路の第１の受光素子と第２の発光素子とで中継され、第２の受光素子に送られてフィードバック制御される。すなわち、一次側回路と二次側回路とは、２組の発光素子と受光素子を介して電気的に絶縁されることとなるため、従来技術と比較して、サージ耐圧は２倍となる。また、発光素子と受光素子によって出力電圧が一次側回路にフィードバックされるため精度の良い出力電圧制御が可能となる。 With such a configuration, the light of the first light emitting element is relayed between the first light receiving element and the second light emitting element of the relay circuit and sent to the second light receiving element for feedback control. That is, since the primary side circuit and the secondary side circuit are electrically insulated via the two sets of light emitting elements and light receiving elements, the surge withstand voltage is doubled as compared with the prior art. Further, since the output voltage is fed back to the primary circuit by the light emitting element and the light receiving element, the output voltage can be controlled with high accuracy.

また、一次側回路と中継回路との間のインピーダンスと、二次側回路と中継回路との間のインピーダンスとが略等しい。この場合、一次側回路のグラウンドと中継回路のグラウンドとの間に挿入される第１の抵抗と、二次側回路のグラウンドと中継回路のグラウンドとの間に挿入される第２の抵抗とをさらに備え、第１の抵抗のインピーダンスは、一次側回路と中継回路との間のインピーダンスよりも低く、第２の抵抗のインピーダンスは、二次側回路と中継回路との間のインピーダンスよりも低い構成としても良い。このような構成とすることにより、一次側回路から中継回路を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から中継回路を見た場合のインピーダンスとを整合させることが可能となり、安定したサージ耐圧を得ることができる。 Further, the impedance between the primary side circuit and the relay circuit is substantially equal to the impedance between the secondary side circuit and the relay circuit. In this case, a first resistor inserted between the ground of the primary circuit and the ground of the relay circuit, and a second resistor inserted between the ground of the secondary circuit and the ground of the relay circuit Further, the impedance of the first resistor is lower than the impedance between the primary circuit and the relay circuit, and the impedance of the second resistor is lower than the impedance between the secondary circuit and the relay circuit It is also good. By adopting such a configuration, it becomes possible to match the impedance when the relay circuit is viewed from the primary circuit and the impedance when the relay circuit is viewed from the secondary circuit, and a stable surge withstand voltage can be obtained. Can be obtained.

また、中継回路が、一次巻線及び二次巻線とから絶縁された第３の巻線を有することが好ましい。このような構成により、中継回路を簡単に構成することができる。 In addition, it is preferable that the relay circuit has a third winding insulated from the primary winding and the secondary winding. With such a configuration, the relay circuit can be easily configured.

また、第１の発光素子と第１の受光素子とが第１のフォトカプラを構成し、第２の発光素子と前記第２の受光素子とが第２のフォトカプラを構成することが好ましい。 Further, it is preferable that the first light emitting element and the first light receiving element constitute a first photocoupler, and the second light emitting element and the second light receiving element constitute a second photocoupler.

また、中継回路をＮ個有し、１番目の中継回路は、第１の発光素子からの光を受光して２番目の中継回路に向けて光を発光し、ｎ番目（ｎは、２以上、Ｎ−１以下の整数）の中継回路は、（ｎ−１）番目の中継回路からの光を受光して（ｎ＋１）番目の中継回路に向けて光を発光し、Ｎ番目の中継回路は、（ｎ−１）番目の中継回路からの光を受光して第２の受光素子に向けて光を発光する構成としてもよい。このような構成とすることにより、サージ耐圧をさらに高めることが可能となる。 The first relay circuit receives N light from the first light emitting element and emits light toward the second relay circuit, and the nth (n is 2 or more). , An integer equal to or less than N−1) receives light from the (n−1) th relay circuit, emits light toward the (n + 1) th relay circuit, and the Nth relay circuit , (N-1) light from the relay circuit may be received to emit light toward the second light receiving element. By adopting such a configuration, the surge breakdown voltage can be further increased.

また、一次側回路が一次補助巻線を有し、制御回路が、一次補助巻線に生じる電圧を整流し平滑化して得られる直流電圧によって駆動される構成としても良い。このような構成により、回路を簡素化できる。 Alternatively, the primary side circuit may have a primary auxiliary winding, and the control circuit may be driven by a DC voltage obtained by rectifying and smoothing the voltage generated in the primary auxiliary winding. With such a configuration, the circuit can be simplified.

以上のように本発明によれば、高耐圧で出力電圧精度の高いスイッチング電源装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a switching power supply device with high breakdown voltage and high output voltage accuracy.

本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施の形態に係る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 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置について以下に説明する。 A switching power supply device according to an embodiment of the present invention will be described below.

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置１の回路図である。本実施形態に係るスイッチング電源装置１は、一次側回路に入力される交流電力をトランス４００によって変換し、二次側回路に一定の直流電力を出力する電源装置である。トランス４００は、一次側巻線１２０、一次側補助巻線１５０、二次側巻線２２０及び中間巻線３２０を有する。スイッチング電源装置１の一次側回路は、ダイオードブリッジ回路１１０、コンデンサ１１５、一次側巻線１２０、ＦＥＴ１２５、抵抗１２６、１２７、制御用ＩＣ１３０、一次側補助巻線１５０、ダイオード１５５、コンデンサ１４５、後述する第２フォトカプラ２０５を構成する第２フォトトランジスタ１４０を有する。また、スイッチング電源装置１の二次側回路は、二次側巻線２２０、ダイオード２１０、コンデンサ２１５、抵抗２２５、２４０、２４５、シャントレギュレータ２３５、第１発光ダイオード２３０を有する。また、スイッチング電源装置１は、中間巻線３２０、ダイオード３１０、第１フォトトランジスタ３３０、第２発光ダイオード３４０、抵抗３４５を備えた光中継回路３００有している。第１発光ダイオード２３０と第１フォトトランジスタ３３０は、第１フォトカプラ２００（点線部）を構成し、第１発光ダイオード２３０から出射された光は第１フォトトランジスタ３３０で受光され光電変換される。また、第２発光ダイオード３４０と第２フォトトランジスタ１４０は、第２フォトカプラ２０５（点線部）を構成し、第２発光ダイオード３４０から出射された光は第２フォトトランジスタ１４０で受光されて光電変換される。なお、図１の回路は、説明の便宜上、回路を簡易化して示している。 FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply device 1 according to the first embodiment of the present invention. The switching power supply device 1 according to the present embodiment is a power supply device that converts AC power input to the primary side circuit by the transformer 400 and outputs constant DC power to the secondary side circuit. The transformer 400 includes a primary side winding 120, a primary side auxiliary winding 150, a secondary side winding 220, and an intermediate winding 320. The primary side circuit of the switching power supply 1 includes a diode bridge circuit 110, a capacitor 115, a primary side winding 120, an FET 125, resistors 126 and 127, a control IC 130, a primary side auxiliary winding 150, a diode 155, a capacitor 145, which will be described later. A second phototransistor 140 constituting the second photocoupler 205 is included. The secondary circuit of the switching power supply device 1 includes a secondary winding 220, a diode 210, a capacitor 215, resistors 225, 240 and 245, a shunt regulator 235, and a first light emitting diode 230. Further, the switching power supply device 1 includes an optical relay circuit 300 including an intermediate winding 320, a diode 310, a first phototransistor 330, a second light emitting diode 340, and a resistor 345. The first light emitting diode 230 and the first phototransistor 330 constitute a first photocoupler 200 (dotted line portion), and light emitted from the first light emitting diode 230 is received by the first phototransistor 330 and subjected to photoelectric conversion. The second light emitting diode 340 and the second phototransistor 140 constitute a second photocoupler 205 (dotted line portion), and light emitted from the second light emitting diode 340 is received by the second phototransistor 140 and subjected to photoelectric conversion. Is done. Note that the circuit of FIG. 1 is illustrated in a simplified manner for convenience of explanation.

ダイオードブリッジ回路１１０に入力（印加）される商用電源（ＡＣ１００〜２２０Ｖ）は、ダイオードブリッジ回路１１０によって整流され、コンデンサ１１５によって平滑化されてコンデンサ１１５の端子間に一次直流電圧Ｖ１を生成する。なお、コンデンサ１１５の負端子側は、ダイオードブリッジ回路１１０の負端子側と接続され一次側回路のグラウンドレベル（ＧＮＤ１）となっている。そして、一次直流電圧Ｖ１は、トランス４００の一次側巻線１２０の一端及び制御用ＩＣ１３０のＶＨ端子に供給される。 The commercial power supply (AC 100 to 220 V) input (applied) to the diode bridge circuit 110 is rectified by the diode bridge circuit 110, smoothed by the capacitor 115, and generates a primary DC voltage V1 between the terminals of the capacitor 115. Note that the negative terminal side of the capacitor 115 is connected to the negative terminal side of the diode bridge circuit 110 and is at the ground level (GND1) of the primary side circuit. The primary DC voltage V <b> 1 is supplied to one end of the primary winding 120 of the transformer 400 and the VH terminal of the control IC 130.

一次側巻線１２０の他端は、ＦＥＴ１２５のドレイン端子に接続される。また、ＦＥＴ１２５のソース端子は、抵抗１２６及び１２７を介して一次側回路のＧＮＤ１（グラウンド）及び制御用ＩＣ１３０のＩＳ端子にそれぞれ接続され、ゲート端子は、制御用ＩＣ１３０のＯＵＴ端子に接続される。 The other end of the primary winding 120 is connected to the drain terminal of the FET 125. Further, the source terminal of the FET 125 is connected to the GND1 (ground) of the primary circuit and the IS terminal of the control IC 130 via the resistors 126 and 127, and the gate terminal is connected to the OUT terminal of the control IC 130.

ＦＥＴ１２５は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）であり、ゲート端子に入力される電圧によって、ドレイン端子−ソース端子間に流れる電流が制御される。本実施形態のＦＥＴ１２５は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴであり、ゲート端子に入力される電圧が上昇するとドレイン端子−ソース端子間に電流が流れる（すなわち、オンする）ように構成されている。 The FET 125 is, for example, a power MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor), and a current flowing between the drain terminal and the source terminal is controlled by a voltage input to the gate terminal. The FET 125 of this embodiment is an N-type MOSFET, and is configured such that a current flows (that is, turns on) between the drain terminal and the source terminal when the voltage input to the gate terminal rises.

制御用ＩＣ１３０は、ＦＥＴ１２５のオン／オフを制御するためのＩＣである。制御用ＩＣ１３０は、内部にクロック（不図示）を有しており、所定の周波数のスイッチングパルスを生成して制御用ＩＣ１３０のＯＵＴ端子より出力する。スイッチングパルスが、ＦＥＴ１２５のゲート端子に入力されると、ＦＥＴ１２５がオンし、一次直流電圧Ｖ１に起因する電流（一次電流）が一次側巻線１２０、ＦＥＴ１２５及び抵抗１２６を通って一次側回路のＧＮＤ１（グラウンド）に流れる。ＦＥＴ１２５がオンしている期間、一次側巻線１２０を流れる電流によって、一次側巻線１２０に磁気エネルギーが蓄えられる。そして、ＦＥＴ１２５がオフすることによって、一次側巻線１２０に蓄えられた磁気エネルギーが、一次側巻線１２０とは逆極性となるように構成された二次側巻線２２０、一次側補助巻線１５０及び中間巻線３２０に伝達される。すなわち、制御用ＩＣ１３０の制御によりＦＥＴ１２５が断続的にオン／オフすることにより、二次側巻線２２０、一次側補助巻線１５０及び中間巻線３２０に断続的な電圧が誘起される。 The control IC 130 is an IC for controlling on / off of the FET 125. The control IC 130 has a clock (not shown) inside, generates a switching pulse of a predetermined frequency, and outputs it from the OUT terminal of the control IC 130. When the switching pulse is input to the gate terminal of the FET 125, the FET 125 is turned on, and a current (primary current) caused by the primary DC voltage V1 passes through the primary side winding 120, the FET 125, and the resistor 126, and GND1 of the primary side circuit. (Ground). While the FET 125 is on, magnetic energy is stored in the primary winding 120 by the current flowing through the primary winding 120. When the FET 125 is turned off, the secondary side winding 220 and the primary side auxiliary winding are configured such that the magnetic energy stored in the primary side winding 120 has a polarity opposite to that of the primary side winding 120. 150 and the intermediate winding 320. That is, the FET 125 is intermittently turned on / off under the control of the control IC 130, thereby intermittent voltage is induced in the secondary winding 220, the primary auxiliary winding 150, and the intermediate winding 320.

一次側補助巻線１５０に誘起された電圧は、ダイオード１５５によって整流され、コンデンサ１４５によって平滑化されて、制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）に印加される。なお、起動時においては、一次側補助巻線１５０に電圧が誘起されないため、制御用ＩＣ１３０に内蔵される起動回路（不図示）が、一次直流電圧Ｖ１に起因する電流を制御用ＩＣ１３０のＶＨ端子に供給することによって制御用ＩＣ１３０が起動される。 The voltage induced in the primary side auxiliary winding 150 is rectified by the diode 155, smoothed by the capacitor 145, and applied to the Vcc terminal (power supply terminal) of the control IC 130. In addition, since no voltage is induced in the primary side auxiliary winding 150 at the time of starting, a starting circuit (not shown) built in the control IC 130 supplies a current caused by the primary DC voltage V1 to the VH terminal of the control IC 130. The control IC 130 is activated by supplying the signal.

制御用ＩＣ１３０のＩＳ端子には、抵抗１２７を介してＦＥＴ１２５のソース端子が接続される。ＦＥＴ１２５と抵抗１２６は、いわゆるソースフォロアを構成し、ＦＥＴ１２５のソース端子の電圧は、ＦＥＴ１２５を流れる電流に比例する。制御用ＩＣ１３０は、ＩＳ端子に印加される電圧を監視することにより、過電流を検出している。 The source terminal of the FET 125 is connected to the IS terminal of the control IC 130 via the resistor 127. The FET 125 and the resistor 126 constitute a so-called source follower, and the voltage at the source terminal of the FET 125 is proportional to the current flowing through the FET 125. The control IC 130 detects an overcurrent by monitoring the voltage applied to the IS terminal.

制御用ＩＣ１３０のＦＢ端子には、第２フォトトランジスタ１４０のコレクタが接続され、第２フォトトランジスタ１４０のエミッタはＧＮＤ１に接続される。第２フォトトランジスタ１４０は、後述するように、二次直流電圧Ｖ２（ＤＣ出力）の電圧値によって光量が変化する第２発光ダイオード３４０からの光を受光し、光電変換することによってその受光量に応じた電流を流す。制御用ＩＣ１３０は、第２発光ダイオード３４０を流れる電流から二次直流電圧Ｖ２の電圧値を検出し、二次直流電圧Ｖ２の電圧値が一定となるように（すなわち、第２発光ダイオード３４０を流れる電流が一定となるように）、ＦＥＴ１２５に供給するスイッチングパルスのデューティー比を変化させる。上述のように、ＦＥＴ１２５のデューティー比（すなわち、オンしている時間）を制御することは、一次側巻線１２０に蓄えられる磁気エネルギーを制御することに他ならないため、これによって二次側巻線２２０に誘起される電圧を制御することが可能となる。以上のように、第２発光ダイオード３４０と第２フォトトランジスタ１４０によって、二次直流電圧Ｖ２の電圧値が、電気的に絶縁された一次側回路にフィードバックされることとなる。 The collector of the second phototransistor 140 is connected to the FB terminal of the control IC 130, and the emitter of the second phototransistor 140 is connected to GND1. As will be described later, the second phototransistor 140 receives light from the second light emitting diode 340 whose light amount varies depending on the voltage value of the secondary DC voltage V2 (DC output), and photoelectrically converts the light to the received light amount. Apply the appropriate current. The control IC 130 detects the voltage value of the secondary DC voltage V2 from the current flowing through the second light emitting diode 340 so that the voltage value of the secondary DC voltage V2 becomes constant (that is, flows through the second light emitting diode 340). The duty ratio of the switching pulse supplied to the FET 125 is changed so that the current becomes constant. As described above, controlling the duty ratio of FET 125 (i.e., the time during which it is turned on) is nothing but controlling the magnetic energy stored in the primary winding 120, so that the secondary winding is thereby controlled. The voltage induced in 220 can be controlled. As described above, the voltage value of the secondary DC voltage V2 is fed back to the electrically isolated primary circuit by the second light emitting diode 340 and the second phototransistor 140.

二次側巻線２２０の両端に断続的に誘起された電圧は、ダイオード２１０によって整流され、コンデンサ２１５によって平滑化されて二次直流電圧Ｖ２を生成する。そして、二次直流電圧Ｖ２が、ＤＣ出力として不図示の負荷に供給される。 The voltage intermittently induced across the secondary winding 220 is rectified by the diode 210 and smoothed by the capacitor 215 to generate the secondary DC voltage V2. The secondary DC voltage V2 is supplied as a DC output to a load (not shown).

第１発光ダイオード２３０、シャントレギュレータ２３５、抵抗２２５、２４０、２４５は、二次直流電圧モニタ回路を構成している。 The first light emitting diode 230, the shunt regulator 235, and the resistors 225, 240, and 245 constitute a secondary DC voltage monitor circuit.

シャントレギュレータ２３５は、リファレンス端子の電圧によって、シャントレギュレータ２３５を流れる電流を制御する素子である。抵抗２４０と２４５は、二次直流電圧Ｖ２と二次側回路のＧＮＤ２（グラウンド）間に直列に挿入され、シャントレギュレータ２３５のリファレンス端子には、抵抗２４０と２４５の接続点の電圧が印加される。シャントレギュレータ２３５のリファレンス端子の電圧が所定値よりも小さい場合にはシャントレギュレータ２３５に流れる電流は少なくなり、逆にリファレンス端子の電圧が所定値よりも大きい場合にはシャントレギュレータ２３５に流れる電流は大きくなる。このため、抵抗２２５を介して第１発光ダイオード２３０に流れる電流、すなわち第１発光ダイオード２３０の発光量がリファレンス端子の電圧によって制御される。本実施形態の場合、シャントレギュレータ２３５のリファレンス端子には、二次直流電圧Ｖ２を抵抗２４０と２４５によって抵抗分圧した電圧が印加されるため、二次直流電圧Ｖ２の電圧値に応じて第１発光ダイオード２３０の発光量が変化する。 The shunt regulator 235 is an element that controls the current flowing through the shunt regulator 235 by the voltage of the reference terminal. The resistors 240 and 245 are inserted in series between the secondary DC voltage V2 and the GND2 (ground) of the secondary circuit, and the voltage at the connection point of the resistors 240 and 245 is applied to the reference terminal of the shunt regulator 235. . When the voltage at the reference terminal of the shunt regulator 235 is smaller than a predetermined value, the current flowing through the shunt regulator 235 decreases. Conversely, when the voltage at the reference terminal is larger than the predetermined value, the current flowing through the shunt regulator 235 is large. Become. Therefore, the current flowing through the first light emitting diode 230 via the resistor 225, that is, the light emission amount of the first light emitting diode 230 is controlled by the voltage at the reference terminal. In the case of the present embodiment, a voltage obtained by dividing the secondary DC voltage V2 by the resistors 240 and 245 is applied to the reference terminal of the shunt regulator 235, so that the first DC voltage V2 varies depending on the voltage value of the secondary DC voltage V2. The light emission amount of the light emitting diode 230 changes.

中間巻線３２０、ダイオード３１０、コンデンサ３１５、第１フォトトランジスタ３３０、第２発光ダイオード３４０及び抵抗３４５は、光中継回路３００を構成している。中間巻線３２０は、一次側巻線１２０、二次側巻線２２０、一次側補助巻線１５０のそれぞれと絶縁されたトランス４００の巻線である。上述のように、一次側巻線１２０に断続的に電流が流れることにより、中間巻線３２０の両端に断続的な電圧が誘起される。そして、この電圧は、ダイオード３１０によって整流され、コンデンサ３１５によって平滑化されて中間直流電圧Ｖ３を生成する。そして、中間直流電圧Ｖ３とそのグラウンド（ＧＮＤ３）間には、第１フォトトランジスタ３３０、第２発光ダイオード３４０及び抵抗３４５が直列に挿入されている。 The intermediate winding 320, the diode 310, the capacitor 315, the first phototransistor 330, the second light emitting diode 340, and the resistor 345 constitute the optical relay circuit 300. The intermediate winding 320 is a winding of the transformer 400 that is insulated from each of the primary side winding 120, the secondary side winding 220, and the primary side auxiliary winding 150. As described above, intermittent current flows through the primary winding 120, thereby inducing intermittent voltage across the intermediate winding 320. This voltage is rectified by the diode 310 and smoothed by the capacitor 315 to generate the intermediate DC voltage V3. A first phototransistor 330, a second light emitting diode 340, and a resistor 345 are inserted in series between the intermediate DC voltage V3 and its ground (GND3).

第１フォトトランジスタ３３０は、第１発光ダイオード２３０からの光にほぼ比例した電流を流す。そして、この電流は、第２発光ダイオード３４０及び抵抗３４５を経由して、ＧＮＤ３に流れ込む。このとき、第２発光ダイオード３４０は、第１フォトトランジスタ３３０で発生する電流に応じた光量で発光する。第１フォトトランジスタ３３０で発生する電流は、第１発光ダイオード２３０の光量、すなわち二次直流電圧Ｖ２の電圧値に基づくものであるため、第２発光ダイオード３４０の光量は、二次直流電圧Ｖ２の電圧値を表していることとなる。そして、第２発光ダイオード３４０から発光された光は、第２フォトトランジスタ１４０で受光され、上述のフィードバック制御がなされる。 The first phototransistor 330 passes a current substantially proportional to the light from the first light emitting diode 230. Then, this current flows into the GND 3 via the second light emitting diode 340 and the resistor 345. At this time, the second light emitting diode 340 emits light with a light amount corresponding to the current generated in the first phototransistor 330. Since the current generated in the first phototransistor 330 is based on the light quantity of the first light emitting diode 230, that is, the voltage value of the secondary DC voltage V2, the light quantity of the second light emitting diode 340 is equal to the secondary DC voltage V2. It represents the voltage value. The light emitted from the second light emitting diode 340 is received by the second phototransistor 140, and the feedback control described above is performed.

以上のように、本実施形態のスイッチング電源装置１では、二次直流電圧Ｖ２の電圧値に応じた光量の光が、第１発光ダイオード２３０から出力される。そして、第１発光ダイオード２３０から発光された光が、一次側回路及び二次側回路から絶縁された第１フォトトランジスタ３３０と第２発光ダイオード３４０（すなわち、光中継回路３００）で中継され、第２フォトトランジスタ１４０に送られるように構成されている。すなわち、一次側回路と二次側回路とは、一次側回路と二次側回路間に直列に挿入された２つのフォトカプラ（第１フォトカプラ２００、第２フォトカプラ２０５）を介して電気的に絶縁されている。従って、一次側回路と二次側回路間にサージ電圧が印加された場合のサージ耐圧は、第１フォトカプラ２００のサージ耐圧と第２フォトカプラ２０５のサージ耐圧との和となるため、従来技術のような一次側回路と二次側回路とを１つのフォトカプラで絶縁する構成と比較して、サージ耐圧は２倍となる。また、フォトカプラによって二次直流電圧Ｖ２の電圧値が一次側回路にフィードバックされるため精度の良い出力電圧制御が可能となる。 As described above, in the switching power supply device 1 of the present embodiment, light having a light amount corresponding to the voltage value of the secondary DC voltage V <b> 2 is output from the first light emitting diode 230. The light emitted from the first light emitting diode 230 is relayed by the first phototransistor 330 and the second light emitting diode 340 (that is, the optical relay circuit 300) insulated from the primary side circuit and the secondary side circuit, Two phototransistors 140 are configured to be sent. That is, the primary side circuit and the secondary side circuit are electrically connected via two photocouplers (first photocoupler 200 and second photocoupler 205) inserted in series between the primary side circuit and the secondary side circuit. Is insulated. Therefore, the surge withstand voltage when a surge voltage is applied between the primary side circuit and the secondary side circuit is the sum of the surge withstand voltage of the first photocoupler 200 and the surge withstand voltage of the second photocoupler 205. Compared with the configuration in which the primary side circuit and the secondary side circuit are insulated by one photocoupler, the surge withstand voltage is doubled. Further, since the voltage value of the secondary DC voltage V2 is fed back to the primary side circuit by the photocoupler, the output voltage can be controlled with high accuracy.

なお、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間のインピーダンスと考えられ、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間のインピーダンスと考えられる。従って、第１フォトカプラ２００と第２フォトカプラ２０５の回路配置、配線等の条件がほぼ等しい場合、両インピーダンスはほぼ等しく、一次側回路―２次側回路間にサージ電圧が印加された場合、このサージ電圧は、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間にほぼ等しく加わることとなる。よって、一方のフォトカプラに偏ってサージ電圧が加わることはなく、フォトカプラが破壊されることもない。 The impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the primary circuit is considered to be the impedance between the second phototransistor 140 and the second light emitting diode 340, and the impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the secondary circuit. The impedance is considered as the impedance between the first phototransistor 330 and the first light emitting diode 230. Accordingly, when the circuit arrangement and wiring conditions of the first photocoupler 200 and the second photocoupler 205 are substantially equal, both impedances are approximately equal, and when a surge voltage is applied between the primary side circuit and the secondary side circuit, This surge voltage is applied substantially equally between the first phototransistor 330 and the first light emitting diode 230 and between the second phototransistor 140 and the second light emitting diode 340. Therefore, no surge voltage is applied to one of the photocouplers, and the photocoupler is not destroyed.

次に、本発明の第２の実施形態として、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとの整合を図ったスイッチング電源装置について説明する。第１フォトカプラ２００と第２フォトカプラ２０５の回路配置等の条件が異なり、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとが異なる場合には、両インピーダンスの整合を図ることが望ましい。 Next, as the second embodiment of the present invention, the impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the primary circuit and the impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the secondary circuit are matched. A switching power supply device will be described. The conditions such as circuit arrangement of the first photocoupler 200 and the second photocoupler 205 are different, the impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the primary circuit, and the optical repeater circuit 300 when viewed from the secondary circuit. If the impedance is different, it is desirable to match both impedances.

図２は、本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置１Ｍの構成を示す回路図である。本実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｍは、図１に示される第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１に、インピーダンスを整合させるための抵抗３５０、３５５を追加したものである。なお、図２において、第１の実施形態と共通する構成については、図１と同一の符号を付している。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply apparatus 1M according to the second embodiment of the present invention. The switching power supply device 1M according to the present embodiment is obtained by adding resistors 350 and 355 for matching impedance to the switching power supply device 1 according to the first embodiment shown in FIG. In FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 are assigned to configurations common to the first embodiment.

図２に示されるように、本実施形態のスイッチング電源装置１Ｍにおいては、一次側回路の接地端子Ｇ１（ＧＮＤ１）と光中継回路３００の接地端子Ｇ３（ＧＮＤ３）とが抵抗３５５を介して接続され、二次側回路の接地端子Ｇ２（ＧＮＤ２）と光中継回路３００の接地端子Ｇ３とが抵抗３５０を介して接続されている。 As shown in FIG. 2, in the switching power supply device 1M of the present embodiment, the ground terminal G1 (GND1) of the primary circuit and the ground terminal G3 (GND3) of the optical relay circuit 300 are connected via a resistor 355. The ground terminal G2 (GND2) of the secondary circuit and the ground terminal G3 of the optical relay circuit 300 are connected via a resistor 350.

抵抗３５０は、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間のインピーダンスよりも低い（例えば、約１／１０）インピーダンスを有する抵抗であり、抵抗３５５は、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間のインピーダンスよりも低い（例えば、約１／１０）インピーダンスを有する抵抗である。この場合、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０との間のインピーダンスと、抵抗３５５のインピーダンスとの合成インピーダンスと考えられ、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０との間のインピーダンスと、抵抗３５０のインピーダンスとの合成インピーダンスと考えられる。よって、抵抗３５０と抵抗３５５の抵抗値を調整することによって、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとを正確にマッチングさせることが可能となる。 The resistor 350 is a resistor having an impedance lower than the impedance between the first phototransistor 330 and the first light emitting diode 230 (for example, about 1/10), and the resistor 355 is the second phototransistor 140 and the second light emitting diode. A resistor having an impedance lower than the impedance between 340 (eg, about 1/10). In this case, the impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the primary circuit is considered to be a combined impedance of the impedance between the first phototransistor 330 and the first light emitting diode 230 and the impedance of the resistor 355. The impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the secondary circuit is considered to be a combined impedance of the impedance between the second phototransistor 140 and the second light emitting diode 340 and the impedance of the resistor 350. Therefore, by adjusting the resistance values of the resistor 350 and the resistor 355, the impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the primary circuit and the impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the secondary circuit are accurately determined. Can be matched.

以上のように、本実施形態のスイッチング電源装置１Ｍによれば、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとをマッチングさせることが可能となるため、一次側回路―２次側回路間にサージ電圧が印加された場合、このサージ電圧は、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間に等しく加わることとなる。例えば、第１フォトカプラ２００及び第２フォトカプラ２０５の耐圧が５ｋＶである場合、５ｋＶを上回るサージ電圧が加わっても、これら２つのフォトカプラが直列に接続されているため、各フォトカプラに印加される電圧が５ｋＶを下回れば、フォトカプラが破損することはない。すなわち、フォトカプラが２個の場合、サージ電圧の最大許容値は１０ｋＶとなる。 As described above, according to the switching power supply device 1M of the present embodiment, the impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the primary circuit and the impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the secondary circuit are obtained. Since matching is possible, when a surge voltage is applied between the primary side circuit and the secondary side circuit, the surge voltage is applied between the first phototransistor 330 and the first light emitting diode 230, and between the second phototransistor 140 and the second phototransistor 140. And the second light emitting diode 340 are equally added. For example, when the withstand voltage of the first photocoupler 200 and the second photocoupler 205 is 5 kV, even if a surge voltage exceeding 5 kV is applied, these two photocouplers are connected in series, and therefore applied to each photocoupler. If the applied voltage falls below 5 kV, the photocoupler will not be damaged. That is, when there are two photocouplers, the maximum allowable surge voltage is 10 kV.

上記のように、本発明の第１及び第２の実施形態においては、第１発光ダイオード２３０の光を一つの光中継回路３００（すなわち、第１フォトトランジスタ３３０と第２発光ダイオード３４０）で第２フォトトランジスタ１４０に中継する構成として説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、複数の光中継回路３００を設けて、光が複数のフォトカプラ間で順次伝搬される構成としても良い。このような構成を採ることにより、一次―二次間のサージ耐圧は、さらに高いものとなる。なお、この場合であっても、一次側回路から各光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から各光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、ほぼ等しくなる。 As described above, in the first and second embodiments of the present invention, the light of the first light emitting diode 230 is transmitted through the one optical relay circuit 300 (that is, the first phototransistor 330 and the second light emitting diode 340). Although described as a configuration for relaying to two phototransistors 140, the present invention is not limited to this configuration, and a configuration in which a plurality of optical relay circuits 300 are provided so that light is sequentially propagated between a plurality of photocouplers. Also good. By adopting such a configuration, the surge withstand voltage between the primary and secondary is further increased. Even in this case, the impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the primary circuit and the impedance when the optical repeater circuit 300 is viewed from the secondary circuit are substantially equal.

また、本発明の第１及び第２の実施形態においては、制御用ＩＣ１３０は、一次側補助巻線１５０に誘起された電圧によって動作する構成として説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、一次側補助巻線をなくし、一次直流電圧Ｖ１によって動作する制御用ＩＣを使用する構成としても良い。 In the first and second embodiments of the present invention, the control IC 130 has been described as operating by the voltage induced in the primary side auxiliary winding 150, but the present invention is limited to this configuration. It is not a thing. For example, the primary auxiliary winding may be eliminated and a control IC that operates with the primary DC voltage V1 may be used.

また、本発明の第１及び第２の実施形態においては、中間巻線３２０は、二次側巻線２２０と同極となるように構成したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。中間巻線３２０は、光中継回路３００を駆動するための電圧を生成するものであればよく、一次側巻線１２０と同極となるように構成しても良い。 Further, in the first and second embodiments of the present invention, the intermediate winding 320 is configured to have the same polarity as the secondary winding 220, but the present invention is not limited to this configuration. Absent. The intermediate winding 320 only needs to generate a voltage for driving the optical relay circuit 300 and may be configured to have the same polarity as the primary winding 120.

１、１Ｍスイッチング電源装置
１１０ダイオードブリッジ回路
１１５、１４５、２１５、３１５コンデンサ
１２０一次側巻線
１２５ＦＥＴ
１３０制御用ＩＣ
１４０第２フォトトランジスタ
１５０一次側補助巻線
１５５、２１０、３１０ダイオード
２００第１フォトカプラ
２０５第２フォトカプラ
２２０二次側巻線
１２６、１２７、２２５、２４０、２４５、３４５、３５０、３５５抵抗
２３０第１発光ダイオード
２３５シャントレギュレータ
３００光中継回路
３２０中間巻線
３３０第１フォトトランジスタ
３４０第２発光ダイオード
４００トランス
1, 1M switching power supply device 110 diode bridge circuit 115, 145, 215, 315 capacitor 120 primary winding 125 FET
130 IC for control
140 Second Phototransistor 150 Primary Auxiliary Winding 155, 210, 310 Diode 200 First Photocoupler 205 Second Photocoupler 220 Secondary Winding 126, 127, 225, 240, 245, 345, 350, 355 Resistor 230 First light emitting diode 235 Shunt regulator 300 Optical relay circuit 320 Intermediate winding 330 First phototransistor 340 Second light emitting diode 400 Transformer

Claims

A primary side circuit comprising: a primary winding; a switching element connected to the other end of the primary winding for turning on / off a current flowing through the primary winding; and a control circuit for controlling on / off of the switching element. When,
A secondary side circuit having a secondary winding and a DC circuit for rectifying and smoothing a voltage generated in the secondary winding;
In a switching power supply device comprising:
A detection circuit for detecting an output voltage of the DC circuit;
A relay circuit that feeds back a detection result of the detection circuit to the control circuit while being electrically insulated from the primary circuit and the secondary circuit;
The detection circuit includes a first light emitting element that emits light of a light amount corresponding to the detected output voltage,
The relay circuit is connected to the first light receiving element in series with the first light receiving element that receives incident light and generates a current corresponding to the light amount, and is generated by the first light receiving element. A second light emitting element that emits light of a light amount corresponding to the magnitude of the current,
The control circuit includes a second light receiving element that receives light from the second light emitting element and generates a current corresponding to the light amount;
The control circuit controls on / off of the switching element based on a magnitude of a current generated by the second light receiving element;
The relay circuit receives light from the first light emitting element,
The impedance between the primary side circuit and the relay circuit and the impedance between the secondary side circuit and the relay circuit are equal,
Switching power supply.

A first resistor inserted between the ground of the primary circuit and the ground of the relay circuit;
A second resistor inserted between the ground of the secondary circuit and the ground of the relay circuit;
Further equipped with,
The switching power supply device according to claim 1.