JP6218722B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、臨界モード制御により動作するフライバック方式のスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a flyback switching power supply that operates by critical mode control.
臨界モード制御により動作するフライバック方式の電源装置は従来から広く使用されており、主スイッチング素子がオンの期間にトランスに励磁エネルギーを蓄積し、その後主スイッチング素子がオフし、励磁エネルギーが出力整流素子を通じて放出された後、速やかに主スイッチング素子がオンに転じる、という動作を繰り返す。 Flyback power supply devices that operate under critical mode control have been widely used. Accumulation energy is stored in the transformer while the main switching element is on, then the main switching element is turned off, and the excitation energy is output rectified. After being emitted through the element, the main switching element is immediately turned on.
この種のスイッチング電源装置として、例えば、図18に示すリンギングチョーク方式のスイッチング電源装置10がある。スイッチング電源装置10は、入力巻線12a、出力巻線12b及び補助巻線12cを有するトランス12が設けられ、入力巻線12aと直列に主スイッチング素子14が接続されている。主スイッチング素子14は、NチャネルのMOS型FETであり(NPN型のバイポーラトランジスタが使用される場合もある)、ソースがグランド16に接続されている。図18では、主スイッチング素子14を、FET素子の部分である主FET14aと、ドレインソース間に存在する寄生ダイオードである補助ダイオード14bとに分けて表してある。入力電源18から供給される入力電圧Viは、入力巻線12aと主スイッチング素子14の直列回路の両端に入力され、主スイッチング素子14がオンオフすることによって、入力巻線12aの両端に入力電圧Viを断続した電圧が発生する。トランス12に付したドットは各巻線の極性を表しており、補助巻線12cは、ドットが付されていない側の端子がグランド16に接続されている。
An example of this type of switching power supply is a ringing choke
出力巻線12bには、主スイッチング素子14がオフのときに発生する電圧を整流するダイオードである出力整流素子20が接続され、その後段には、出力整流素子20が出力する整流電圧を平滑し、負荷22に出力電圧Vo及び出力電流Ioを供給する出力平滑コンデンサ24が接続されている。
The output winding 12b is connected to an output rectifying
主FET14aのオンオフを制御するスイッチング制御回路は、起動回路26、正帰還回路28、駆動トランジスタ30、タイマコンデンサ32、充放電回路34、出力電圧検出回路36、及び制御電流生成回路38で構成されている。
The switching control circuit for controlling on / off of the
起動回路26は、入力電圧Viが投入されると、主FET14aのゲートソース間を充電して主FET14aをオンさせる回路で、例えば、抵抗でシンプルに構成したり、定電流回路が使用されたりする。
When the input voltage Vi is input, the
正帰還回路28は、コンデンサと抵抗等で構成され、補助巻線12cの電圧の変化を主FET14aのゲートに伝達する回路である。主FET14aがオンに転じるタイミングは、正帰還回路28からの正帰還信号の強さを変更することによって微調整できる。
The
駆動トランジスタ30は、NPN型トランジスタであり、コレクタが主FET14aのゲートに接続され、エミッタがグランド16に接続され、所定のタイミングで主FET14aのゲートソース間を短絡することによって、主FET14aをオフさせる働きをする。
The
駆動トランジスタ30の駆動は、ベースエミッタ間に接続されたタイマコンデンサ32、タイマコンデンサ32を充放電する充放電回路34、及びタイマコンデンサ32に所定の制御電流Isを供給する制御電流生成回路38によって行われる。充放電回路34は、例えば複数の抵抗とツェナダイオードで構成され、補助巻線12cの電圧が正の期間にタイマコンデンサ32を充電し、負の期間にタイマコンデンサ32を放電する。
The driving
制御電流生成回路38は、出力電圧検出回路36が出力する出力電圧信号Vo1(出力電圧Voに比例した電圧)と、出力電圧Voの目標値に相当する電圧との差を誤差増幅回路38aで増幅して出力し、この出力信号を信号絶縁用のフォトカプラ38bを介して所定の制御電流Isに変換し、主FET14aがオンの期間に制御電流Isをタイマコンデンサ32に流し込む。
The control
タイマコンデンサ32の電圧は、充放電回路34により充放電され、さらに制御電流生成回路38の制御電流Isにより充電されてノコギリ波状の波形になり、駆動トランジスタ30のオン閾値電圧に達すると、駆動トランジスタ30がオンする。したがって、駆動トランジスタ30がオンするタイミング(主FET14aがオフに転じるタイミング)は、制御電流Isが増減すると変化し、例えば、制御電流Isが増加すると、タイマコンデンサ32の電圧の上昇速度が速くなり、主FET14aがオフに転じるタイミングが早まり、出力電圧信号Vo1及び出力電圧Voが低下する。
When the voltage of the
入力巻線12aの両端には、DCRスナバと呼ばれる一般的なスナバ回路40が設けられている。スナバ回路40は、スナバダイオード40a、スナバコンデンサ40b、及びスナバ抵抗40cにより構成され、スナバダイオード40aは、アノードが主FET14aのドレイン及び入力巻線12aの接続点に接続され、スナバコンデンサ40は、スナバダイオード40bのカソードと入力巻線12aの他端との間に接続され、スナバ抵抗40cは、スナバコンデンサ40bに並列接続されている。スナバコンデンサ40の両端電圧V40はほぼ一定の直流電圧であり、主FET14aのドレインソース間の電圧V14dが入力電圧Viと電圧V40の合計値を超えるとスナバダイオード40aが導通する。つまり、主FET14aがオフに転じた時、電圧V14dに発生するサージ電圧をスナバコンデンサ40bでクランプすると共に、スナバコンデンサ40bに吸収されたサージ成分のエネルギーをスナバ抵抗40cで損失させる。スナバ回路40を設けることによって、電圧V14dに発生するサージ電圧を低減することができ、主スイッチング素子14等の回路素子を保護したり、装置から外部に漏洩するスイッチングノイズを低減したりすることができる。
A
図19に示すリンギングチョーク方式のスイッチング電源装置42は、スイッチング電源装置10の構成の一部が変更されたものであり、上記の出力電圧検出回路36及び制御電流生成回路38に代えて、出力電圧検出回路44及び制御電流生成回路46が設けられている。その他の構成は同様である。
A ringing choke type
出力電圧検出回路44は、補助巻線12cのドットが付された端子にカソードが接続されたダイオード44aと、ダイオード44aのアノードをグランド16との間に接続されたコンデンサ44bとで構成されている。ダイオード44aは、主スイッチング素子14がオフの期間に導通し、補助巻線12cに発生している電圧(出力電圧Voに略比例した電圧)がコンデンサ44bに発生する。そして、コンデンサ44bに発生する負の直流電圧Vo1が出力電圧信号として出力される。
The output
制御電流生成回路46は、出力電圧信号Vo1を受け、出力電圧信号Vo1が目標値に近づくように制御電流Isを生成し、主FET14aがオンの期間に制御電流Isをタイマコンデンサ32に向けて出力する。
The control
スイッチング電源装置42は、出力電圧Voの検出を入力側で間接的に行うため、信号絶縁用のフォトカプラ38bを使用せずに構成することができる。したがって、フォトカプラ特有の問題(信号伝達特性が比較的低速である、電流伝達率CTRのばらつきが大きい、安全規格上の制約により素子の外形が大きい、受光トランジスタの耐電圧が低い場合が多い、比較的高価である等)を気にせず設計できるという利点がある。
Since the switching
また、この種のスイッチング電源装置として、特許文献1に開示されているように、臨界モード制御用のICを用いた他励式のスイッチング電源装置がある。このスイッチング電源装置には、トランスの入力巻線(一次巻線)と並列に、独特のクランプ回路が設けられている。クランプ回路は、第一及び第二クランプコンデンサの直列回路を入力巻線の両端に接続し又は切り離すクランプ素子と、第二クランプコンデンサの両端を短絡する第二ダイオード等で構成され、スイッチング周期の中の適宜のタイミングで、入力巻線に接続されるコンデンサ成分のC値を切り替える動作を行う。クランプ回路は、上記のスナバ回路40とほぼ同様の目的で設けられており、主スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減することにより、主スイッチング素子等を保護したり、装置から外部に漏洩するスイッチングノイズを低減したりすることができる。また、主スイッチング素子のソフトスイッチングの制御が容易になり、主スイッチング素子のクロス損失を低減させることができる。
As this type of switching power supply, there is a separately excited switching power supply using an IC for critical mode control, as disclosed in
しかし、従来のスイッチング電源装置10,42の場合、スナバ回路40のスナバ抵抗40cに大きな損失が発生するので、電源効率が低下するという問題がある。また、スナバ回路40は、その効力を強くすると様々な弊害(電源効率の低下、入力電圧や出力電流が急変したときの不安定動作等)が発生する可能性があるため、実際は、サージ電圧を格段に小さくすることは難しい。したがって、特にスイッチング電源装置42の場合、補助巻線12cに上記のサージ電圧の成分が発生し、このサージ電圧の成分を含む電圧がダイオード40aを通じてピークホールドされ、コンデンサ44bに発生する出力電圧信号Vo1と出力電圧Voの略比例の関係が崩れるため、入力変動(入力電圧Viの変化に対する出力電圧Voの変動)や負荷変動(出力電流Ioの変化に対する出力電圧Voの変動)が大きくなり、出力電圧Voの精度が低下する。
However, in the case of the conventional switching
特許文献1のスイッチング電源装置の場合は、クランプ回路の動作により、主スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧の周波数(リンギングの周波数)が低くすることによってサージ電圧のピーク値を低下させることができる。また、DCRスナバのように大きい損失が発生しないので、電源効率の低下も小さい。しかし、このクランプ回路は、厳密にはサージ電圧のピーク値を低くする(リンギングの振幅を小さくする)回路であり、DCRスナバのようにサージ電圧をクランプする(尖頭部を除去する)回路ではないため、サージ電圧を小さくする効果は限定的である。したがって、特許文献1のスイッチング電源装置の場合も、特に補助巻線の電圧から出力電圧を検出する構成にすると、スイッチング電源装置42ほどではないが、入力変動や負荷変動が大きくなり、出力電圧Voの精度が低下する。
In the case of the switching power supply of
本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、回路構成がシンプルで、主スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を小さく抑えることができるフライバック方式のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned background art, and provides a flyback switching power supply device that has a simple circuit configuration and can suppress a surge voltage generated at both ends of a main switching element. With the goal.
本発明は、入力電源から供給される入力電圧を断続する主スイッチング素子と、前記主スイッチング素子に直列接続された入力巻線及び前記入力巻線と絶縁された出力巻線を有し、前記主スイッチング素子のオンの期間、前記入力電圧が前記入力巻線に印加されて励磁エネルギーを蓄積するトランスと、カソードを前記入力巻線及び前記主スイッチング素子の接続点側にして前記主スイッチング素子の両端に接続された補助ダイオードと、前記主スイッチング素子がオフの期間に前記前記出力巻線に発生する電圧を整流する出力整流素子と、前記出力整流素子が出力する整流電圧を平滑し、外部接続された負荷に出力電圧及び出力電流を供給する出力平滑コンデンサと、前記出力電圧を目標値に近づけるように前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を制御する回路であって、前記トランスに蓄積された前記励磁エネルギーが前記出力整流素子を通じて放出された後、速やかに前記主スイッチング素子をオフからオンに反転させる臨界モード制御を行うスイッチング制御回路とを備えたフライバック方式のスイッチング電源装置であって、
前記入力巻線及び前記主スイッチング素子の接続点に一端が接続された回生コンデンサと、前記回生コンデンサの他端と前記入力巻線の他端との間に接続された回生スイッチと、アノードを前記回生コンデンサ側にして前記回生スイッチの両端に接続された回生ダイオードと、前記回生スイッチのオンオフを制御する回生制御回路とで構成されたスナバ回路を備え、
前記回生制御回路は、前記主スイッチング素子がオフの期間中に前記回生スイッチをオンさせた後、前記回生コンデンサの両端電圧が所定値まで低下すると、前記主スイッチング素子がオフからオンに転じる前に前記回生スイッチをオフさせて、前記回生コンデンサの両端電圧を前記所定値に保持させ、その後、前記主スイッチング素子がオンからオフに転じ、前記回生コンデンサの両端電圧が前記所定値を超えて上昇することによって前記回生ダイオードに電流が流れ始め、この電流が流れるのが終了すると、前記回生スイッチをオンさせるという動作を、前記主スイッチング素子のスイッチング周期毎に繰り返すスイッチング電源装置である。
The present invention includes a main switching element that interrupts an input voltage supplied from an input power supply, an input winding connected in series to the main switching element, and an output winding insulated from the input winding, During the ON period of the switching element, the input voltage is applied to the input winding to store excitation energy, and the cathode is connected to the input winding and the main switching element at both ends of the main switching element. An auxiliary diode connected to the output, an output rectifier that rectifies the voltage generated in the output winding during a period when the main switching element is off, and a rectified voltage output from the output rectifier, and is externally connected. An output smoothing capacitor for supplying an output voltage and an output current to a load, and turning on the main switching element so that the output voltage approaches a target value. And a critical mode control for quickly inverting the main switching element from off to on after the excitation energy accumulated in the transformer is released through the output rectifier. A flyback type switching power supply device including a switching control circuit,
A regenerative capacitor having one end connected to a connection point of the input winding and the main switching element, a regenerative switch connected between the other end of the regenerative capacitor and the other end of the input winding, and an anode A regenerative diode connected to both ends of the regenerative switch on the regenerative capacitor side, and a snubber circuit composed of a regenerative control circuit for controlling on / off of the regenerative switch,
After the regenerative control circuit turns on the regenerative switch while the main switching element is off, the voltage across the regenerative capacitor drops to a predetermined value before the main switching element turns from off to on. The regenerative switch is turned off to hold the voltage across the regenerative capacitor at the predetermined value, and then the main switching element turns from on to off, and the voltage across the regenerative capacitor rises above the predetermined value. Thus, the switching power supply device repeats the operation of turning on the regenerative switch every switching period of the main switching element when the current starts to flow through the regenerative diode and when the current ends.
前記回生スイッチは、前記回生コンデンサの他端にソースが接続され、前記入力巻線の他端にドレインが接続されたNチャネルのMOS型FETである回生FETであり、前記回生制御回路は、前記入力巻線及び前記回生コンデンサの接続点と前記回生FETのゲートとの間に接続された駆動抵抗及びバイアス用コンデンサの直列回路と、前記バイアス用コンデンサの放電経路を形成するための放電用抵抗と、前記回生FETのゲートソース間又はこれに相当する位置に接続され、前記回生FETのゲートソース間が負方向にバイアスされたときに導通し、ゲートソース間に発生する負電圧が所定値以上に大きくならないようクランプする負電圧設定用ダイオードとを備えている構成であることが好ましい。 The regenerative switch is a regenerative FET that is an N-channel MOS FET having a source connected to the other end of the regenerative capacitor and a drain connected to the other end of the input winding, and the regenerative control circuit includes the regenerative control circuit, A series circuit of a drive resistor and a bias capacitor connected between a connection point of the input winding and the regenerative capacitor and the gate of the regenerative FET, and a discharge resistor for forming a discharge path of the bias capacitor , Connected between the gate and source of the regenerative FET, or a position corresponding to this, and conducts when the gate and source of the regenerative FET are biased in the negative direction, and the negative voltage generated between the gate and source becomes a predetermined value or more. A configuration including a negative voltage setting diode for clamping so as not to increase is preferable.
この場合、前記駆動抵抗及びバイアス用コンデンサの直列回路の一端と前記回生FETのゲートとの間にバッファ回路が挿入され、前記バッファ回路は、アノードが前記駆動抵抗及びバイアス用コンデンサの直列回路の一端に接続され、カソードが前記回生FETのゲートに接続された充電用ダイオードと、エミッタが前記回生FETのゲートに接続され、コレクタが前記回生FETのソースに接続され、ベースが前記充電用ダイオードのアノードに接続されたPNP型トランジスタである放電用トランジスタとで構成されている構成であることがより好ましい。さらに、前記放電用トランジスタのコレクタベース間のPN接合の部分が、前記負電圧設定用ダイオードとして動作するようにしてもよい。 In this case, a buffer circuit is inserted between one end of the series circuit of the drive resistor and bias capacitor and the gate of the regenerative FET, and the buffer circuit has one end of the series circuit of the drive resistor and bias capacitor. A charging diode connected to the gate of the regenerative FET, an emitter connected to the gate of the regenerative FET, a collector connected to the source of the regenerative FET, and a base connected to the anode of the charging diode. More preferably, the discharge transistor is a PNP transistor connected to the. Furthermore, a PN junction portion between the collector and base of the discharge transistor may operate as the negative voltage setting diode.
あるいは、前記回生FETのゲートソース間又はこれに相当する位置に、前記回生FETのゲートソース間に過大電圧が発生するのを防止する保護用ツェナダイオードが接続され、前記保護用ツェナダイオードが、前記負電圧設定用ダイオードとして動作する構成にしてもよい。 Alternatively, a protective Zener diode for preventing an excessive voltage from being generated between the gate source of the regenerative FET is connected between the gate source of the regenerative FET or a position corresponding to the same. It may be configured to operate as a negative voltage setting diode.
また、前記トランスには、前記出力巻線と絶縁された補助巻線が設けられ、前記スイッチング制御回路には、前記補助巻線に発生する電圧の変化を検出し、この検出結果に基づいて、前記主スイッチング素子がオフからオンに転じるタイミングを決定するオンタイミング設定回路が設けられ、前記オンタイミング設定回路が動作することにより、前記主スイッチング素子は、自己の両端電圧が所定値以下に低下したタイミングでオンに転じる構成にしてもよい。 Further, the transformer is provided with an auxiliary winding insulated from the output winding, and the switching control circuit detects a change in voltage generated in the auxiliary winding, and based on the detection result, An on-timing setting circuit that determines the timing at which the main switching element turns from off to on is provided, and when the on-timing setting circuit operates, the voltage across the main switching element has decreased to a predetermined value or less. It may be configured to turn on at the timing.
さらに、前記トランスに前記出力巻線と絶縁された補助巻線が設けられ、前記スイッチング制御回路には、前記主スイッチング素子がオフの期間に前記補助巻線に発生する電圧を検出する出力電圧検出回路が設けられ、前記スイッチング制御回路は、この検出電圧を前記出力電圧とみなして前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を制御する構成にしてもよい。 Further, the transformer is provided with an auxiliary winding insulated from the output winding, and the switching control circuit detects an output voltage detecting the voltage generated in the auxiliary winding while the main switching element is off. A circuit may be provided, and the switching control circuit may control the on-time and off-time of the main switching element by regarding the detected voltage as the output voltage.
本発明のスイッチング電源装置は、トランスの入力巻線と並列に独特のスナバ回路を設けることにより、主スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を格段に小さく抑えることができる。また、このスナバ回路は構成がシンプルで自己損失も小さく、回生コンデンサで吸収したサージ成分のエネルギーを出力に回生する動作を行うので、電源効率の低下を最小限に抑えることができる。 In the switching power supply device of the present invention, by providing a unique snubber circuit in parallel with the input winding of the transformer, the surge voltage generated at both ends of the main switching element can be remarkably reduced. In addition, this snubber circuit has a simple configuration and small self-loss, and performs an operation of regenerating the energy of the surge component absorbed by the regenerative capacitor to the output, so that a decrease in power supply efficiency can be minimized.
また、補助巻線及びオンタイミング設定回路を設け、主スイッチング素子の両端電圧が一定値以下に低下した時に主スイッチング素子をオンさせる構成にすることによって、ソフトスイッチング又はゼロボルトスイッチングが可能になり、主スイッチング素子のクロス損失やスイッチングノイズを小さく抑えることができる。 In addition, by providing an auxiliary winding and an on-timing setting circuit so that the main switching element is turned on when the voltage across the main switching element drops below a certain value, soft switching or zero volt switching is possible. Cross loss and switching noise of the switching element can be reduced.
以下、本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態について、図1〜図14に基づいて説明する。ここで、従来のスイッチング電源装置10,42と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態のスイッチング電源装置48は、スイッチング電源装置42と同様に、フォトカプラを使用しないリンギングチョーク方式の電源装置である。スイッチング電源装置42と構成が異なるのは、スナバ回路40に代えて、独特のスナバ回路50が設けられている点であり、その他の構成は同様である。また、スイッチング電源装置48では、正帰還回路28が、オンタイミング設定回路52としても動作する。以下、構成が異なる点について説明する。
Hereinafter, a first embodiment of a switching power supply device of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the same components as those of the conventional switching
スナバ回路50は、図2(a)に示すように、回生コンデンサ54、回生用素子56、及び回生制御回路58で構成されている。回生コンデンサ54は、一端が入力巻線12a及び主スイッチング素子14の接続点に一端が接続されて、C値は、トランス12の各巻線の寄生コンデンサ、主スイッチング素子14のドレインソース間の寄生コンデンサよりも十分大きい値に設定されている。
As shown in FIG. 2A, the
回生用素子56は、NチャネルのMOS型FETであり、FET素子の部分が回生スイッチである回生FET56aとして働き、ドレインソース間に存在する寄生ダイオードが回生ダイオード56bとして働く。回生FET56aは、ソースが回生コンデンサ54の他端に接続され、ドレインが入力巻線12aの他端に接続され、回生ダイオード56bは、アノードが回生コンデンサの他端に接続され、カソードが入力巻線12aの他端に接続される。
The
回生制御回路58は、回生FET56aのオンオフ動作を制御するブロックであり、「主FET14aがオフの期間中に回生FET56aをオンさせた後、回生コンデンサ54の両端電圧V54が所定値まで低下すると、主FET14aがオフからオンに転じる前に回生FET56aをオフさせ、その後、主FET14aがオンからオフに転じ、回生コンデンサ54の両端電圧V54が所定値を超えて上昇することによって回生ダイオード56bに電流が流れ始め、この電流が流れるのが終了すると、回生FET56aをオンさせるという動作を、主FET14aのスイッチング周期Tsw毎に繰り返す。」ように回生FET56aをオンオフさせる。
The
上記の回生制御回路58の機能は、例えば、回生制御回路58(1)の構成により実現することができる。回生制御回路58(1)は、図2(b)に示すように、入力巻線12a及び回生コンデンサ54の接続点と回生FET56aのゲートとの間に接続された駆動抵抗60及びバイアス用コンデンサ62の直列回路と、バイアス用コンデンサ62と並列の位置に接続され、バイアス用コンデンサ62の放電経路を形成するための放電用抵抗64とが設けられている。バイアス用コンデンサ62のC値は、回生コンデンサ54よりも小さく、後述する回生FET56aの寄生コンデンサ56c(gs)よりも大きい。
The function of the
駆動抵抗60及びバイアス用コンデンサ62の直列回路の一端と回生FET56aのゲートとの間には、充電用ダイオード66aと放電用トランジスタ66bとで成るバッファ回路66が挿入されている。充電用ダイオード66aは、アノードが駆動抵抗66及びバイアス用コンデンサ62の直列回路の一端に接続され、カソードが回生FET56aのゲートに接続されている。放電用トランジスタ66bは、PNP型トランジスタであり、エミッタが回生FET56aのゲートに接続され、コレクタが回生FET56aのソースに接続され、ベースが充電用ダイオード66aのアノードに接続されている。また、放電用トランジスタ66bは、コレクタベース間のPN接合の部分が、負電圧設定用ダイオードとして動作する。負電圧設定用ダイオードについては、後の動作説明の中で述べる。
A
また、この実施形態では、上記の正帰還回路28が、補助巻線12cに発生する電圧の変化を検出し、この検出結果に基づいて、主FET14aがオンに転じるタイミングを決定する。例えば、正帰還回路28がコンデンサと抵抗の直列回路の場合、抵抗の値を大きくして正帰還信号を弱くすると、主FET14aがオフするタイミングを遅らせることができ、反対に、抵抗の値を小さくして正帰還信号を強くすると、主FET14aがオフするタイミングを早くすることができる。オンタイミング設定回路52は、主FET14aの両端電圧が所定値以下に低下したタイミングで主FET14aがオンするように調整されている。詳しくは後の動作説明の中で述べる。
In this embodiment, the
次に、スイッチング電源装置48の動作について説明する。図3は出力電流Io−出力電圧Vo特性を表したグラフである。実線はスイッチング電源装置48の特性であり、破線で示した従来のスイッチング電源装置42の特性よりも優れている。以下、回生制御回路58として回生制御回路58(1)を使用したときの、動作点A(重負荷時)の動作と動作点B(軽負荷時)の動作を順番に説明する。
Next, the operation of the switching
動作点Aの動作は、図4に示すように、スイッチングの1周期Tswを期間T1a〜T9aに分けて説明することができる。ここで、電流I14は、主FET14a及び補助ダイオード14bに流れる電流であり、寄生コンデンサ14c(ds)に流れる電流は含まない。同様に、電流I56は、回生FET56a及び回生ダイオード56bに流れる電流であり、後述する寄生コンデンサ56c(ds)に流れる電流は含まない。
As shown in FIG. 4, the operation at the operating point A can be described by dividing one switching period Tsw into periods T1a to T9a. Here, the current I14 is a current that flows through the
各期間T1a〜T9aにおける各部の電流の流れや電圧の極性は、図5〜図13の各等価回路のように表すことができる。なお、図5〜図13の等価回路には、図1、図2の回路図に記載していない回路素子であって、回路動作の説明に関連するものも記載してある。具体的には、主スイッチング素子14のドレインソース間に存在する寄生コンデンサ14c(ds)と、回生用素子56のドレインソース間、ゲートソース間、ドレインゲート間にそれぞれ存在する寄生コンデンサ56c(ds),56c(gs),56c(dg)と、入力巻線12aと直列の位置に記載したトランス12のリーケージンダクタ68である。また、主FET14aと回生FET56aはスイッチの記号で表し、オン又はオフの状態を示してある。
The current flow and voltage polarity of each part in each period T1a to T9a can be expressed as the equivalent circuits in FIGS. The equivalent circuits in FIGS. 5 to 13 include circuit elements that are not described in the circuit diagrams in FIGS. 1 and 2 and that relate to the explanation of the circuit operation. Specifically, the
また、トランス12の入力巻線12a、出力巻線12b、補助巻線12cの巻数は、それぞれNa,Nb,Ncとする。また、各部のトランジスタ素子がオンしたときのインピーダンス(又は電圧降下)、ダイオード素子が導通した時のインピーダンス(又は電圧降下)は十分小さいものとし、特別な説明を加える場合を除き、無視して説明する。
Further, the numbers of turns of the input winding 12a, the output winding 12b, and the auxiliary winding 12c of the
期間T1aは、期間T9aに主FET14のドレインソース間の電圧V14dがゼロまで低下したタイミングで開始し、図5に示すように、補助ダイオード14bが導通し、主スイッチング素子14に負方向の電流I14が流れる。出力整流素子20は、逆バイアスされて非導通である。
The period T1a starts at the timing when the voltage V14d between the drain and source of the
主FET14aは、オンタイミング設定回路52が動作することにより、オフの状態で期間T1aに入り、負方向の電流I14が流れている途中の適宜のタイミングでオンに転じる。つまり、主FET14aがゼロボルトスイッチング動作をするので、主FET14aのクロス損失は非常に小さい。なお、主FET14aがオンに転じても、電流I14の経路が補助ダイオード14bから主FET14aに切り替わるだけなので、回路動作上、大きな変化は生じない。
When the on-
回生コンデンサ54の両端電圧V54の値は、V54(min)になっている。このV54(min)は、出力電圧Voに入力巻線12a及び出力巻線12bの巻数比を乗じた値Vo・(Na/Nb)よりもやや低い値である。バイアス用コンデンサ60の両端電圧V60は、V54(min)よりもやや高い値になっており、他の期間に移行してもほとんど変化しない。回生FET56aは、ゲートソース間の電圧V56gがほぼゼロなので、オフしている。回生ダイオード56bは逆バイアスされて非導通である。期間T1aは、負方向の電流I14がゼロになって終了する。
The value of the voltage V54 across the
期間T2aに入っても、各回路素子は期間T1aの動作状態を継続する。電流I14は、図6に示すように、期間T1aとほぼ同じ傾きで正方向になり、主FET14aに流れ続ける。この期間T1a,T2aの電流I14により、トランス12に励磁エネルギーが蓄積される。期間T2aは、制御電流生成回路54が出力する制御電流Isによって駆動トランジスタ48がオンし、主FET14aがオフに転じて終了する。
Even in the period T2a, each circuit element continues to operate in the period T1a. As shown in FIG. 6, the current I14 is in the positive direction with substantially the same slope as the period T1a and continues to flow to the
期間T3aに入ると、主FET14aがオフするので、入力巻線12aから励磁エネルギーを放出する電流が流れ始める。そして、図7に示すように、主スイッチング素子14の寄生コンデンサ14c(ds)が充電され、電圧V14dが入力電圧Viに向かって上昇する。出力整流素子20は、逆バイアスされて非導通である。
When the period T3a is entered, the
入力巻線12aが励磁エネルギーを放出する電流は、回生コンデンサ54、負電圧設定用ダイオード(放電用トランジスタ66bのコレクタベース間のPN接合)、充電用ダイオード66a、回生用素子56の寄生コンデンサ56c(dg)の経路にも流れ、回生FET56aのゲートソース間の電圧V56gが、ゼロより負電圧設定用ダイオードの順方向電圧だけ低い負電圧になる。回生コンデンサ54の電圧V54は、ほぼV54(min)に保持され、バイアス用コンデンサ60の電圧V60もほとんど変化しない。期間T3aは、電圧V14dが入力電圧Viまで上昇して終了する。
The current that the input winding 12a releases the excitation energy includes the
期間T4aに入っても、各回路素子は期間T3aの動作状態を継続する。電圧V14dは、期間T3aと同様の傾きで上昇し、図8に示すように、入力巻線12a及び出力巻線12bの電圧の正負が反転するものの、特に回路動作上の変化は生じない。期間T4aは、電圧V14dが入力電圧Viと回生コンデンサ54の電圧V54(min)の合計値に達して終了する。
Even in the period T4a, each circuit element continues to operate in the period T3a. The voltage V14d rises with a slope similar to that of the period T3a and, as shown in FIG. 8, the positive and negative voltages of the input winding 12a and the output winding 12b are reversed, but there is no particular change in circuit operation. The period T4a ends when the voltage V14d reaches the total value of the input voltage Vi and the voltage V54 (min) of the
期間T5aに入ると、図9に示すように、回生ダイオード56bが順バイアスされて導通し、入力巻線12aが励磁エネルギーを放出する電流が、回生コンデンサ54、回生ダイオード56bの経路に流れ始め、回生用素子56の電流I56波形に負の電流が発生する。この電流は、主に電圧V14dに発生するサージ電圧(リンギング)を吸収する電流であり、いわゆるDCRスナバのコンデンサがサージ電圧を吸収するのと同様に、回生コンデンサ54の電圧V54が緩やかに上昇する。主FET14aはオフを継続しており、電圧V14dは、電圧V54が上昇するのとほぼ同じ傾きで上昇する。回生用素子56の寄生コンデンサ56c(gs)は、電圧V54が上昇することにより、バイアス用コンデンサ62、駆動抵抗60、充電用ダイオード66aを通じて充電され、電圧V56gも上昇する。電圧V56gが上昇する傾きは、駆動抵抗60と寄生コンデンサ56c(gs)の時定数により緩やかなので、回生FET56aのオン閾値Vthには到達せず、回生FET56aはオフしている。
In the period T5a, as shown in FIG. 9, the
電圧V14dが緩やかに上昇すると出力巻線12bの電圧も上昇し、期間T5aが開始した直後に出力整流素子20が順バイアスされて導通し、出力整流素子20の電流I20波形に、出力巻線12bが励磁エネルギーを放出する電流が発生する。期間T5aは、回生ダイオード56bの電流が流れ終わると終了する。
When the voltage V14d rises slowly, the voltage of the output winding 12b also rises. Immediately after the period T5a starts, the
期間T6aに入ると、回生ダイオード56bが非導通となり、回生コンデンサ54の電圧V54がVo・(Na/Nb)よりもやや高い値V54(max)に保持される。電圧V56gは継続して上昇するが、回生FET56aのオン閾値Vthには達しない。また、回生ダイオード56bが非導通になり、主FET14a及び回生FET56aがオフを継続するので、図10に示すように、入力巻線12c、回生コンデンサ54、回生用素子54の寄生コンデンサ54c(ds)の経路や、主スイッチング素子14の寄生コンデンサ14c(ds)を含む経路に共振電流が流れ、電圧V14dに小さい振動電圧が発生する。電圧V14dは、共振電圧が速やかに減衰し、入力電圧Viと電圧Vo・(Na/Nb)との合計値に向かって収束する。出力整流素子20は継続して導通し、出力巻線12bが励磁エネルギーを放出する電流I20が流れ続ける。期間T6aは、電圧V56gが上昇して回生FET56aのオン閾値Vthに達し、回生FET56aがオンに転じ、回生用素子56に正方向の電流I56が発生すると終了する。
In the period T6a, the
期間T7aに入っても、電圧V56gは所定の時定数で上昇し続け、図11に示すように、回生FET56aがオンを継続する。電圧V56gの波形において電圧の上昇が一時的に緩慢になっているのは、寄生コンデンサ56c(dg)が寄生コンデンサ56c(gs)に並列接続されるためである。主FET14aは、期間T6aと同様にオフを継続する。出力整流素子20も継続して導通し、出力巻線12bが励磁エネルギーを放出する電流I20が流れ続ける。
Even during the period T7a, the voltage V56g continues to rise with a predetermined time constant, and the
回生FET56aがオンすると、リーケージンダクタ68の両端に回生コンデンサ54の電圧V54(max)と入力巻線12cの電圧Vo・(Na/Nb)の差の電圧が発生し、回生用素子56の電流I56として、回生コンデンサ54の電荷を放出する電流が、回生FET56a、回生コンデンサ54、入力巻線12c、リーケージンダクタ68の経路に流れる。この電流は、期間T5aに電圧V14dに発生するサージ電圧(リンギング)を吸収したエネルギーを出力巻線12c側の回路に回生する電流である。ただ、期間T7aは、出力整流素子20が導通している関係で、電流I56は相対的に小さく、回生コンデンサ54の電圧V54は、ほぼV54(max)に保持される。期間T7aは、出力巻線12bが励磁エネルギーを放出する電流が流れ終わり、出力整流素子20が非導通になると終了する。
When the
期間T8aに入っても、図12に示すように、出力整流素子20以外の各回路素子は期間T3aの動作状態を継続する。期間T8aに入ると、出力整流素子20が非導通となるため、回生コンデンサ54の電荷を放出する電流I56が期間T7aよりも大きくなる。これに伴い、回生コンデンサ54の電圧V54が緩やかに低下し、主FET14aの電圧V14dも緩やかに低下する。期間T8aは、電圧V54がV54(min)まで低下して放電用トランジスタ66bがオンして寄生コンデンサ56c(gs)を放電し、回生FET56aがオフして終了する。
Even in the period T8a, as shown in FIG. 12, each circuit element other than the
期間T9aに入ると、回生FET56aがオフするので、リーケージンダクタ68に流れていた電流の経路が切り替わる。期間T9aは、主FET14aが期間T8aと同様にオフを継続し、出力整流素子20も非導通を継続するので、リーケージンダクタ68の電流は、図13に示すように、入力電源18、寄生コンデンサ14c(ds)、入力巻線12a、リーケージンダクタ68の経路に流れる。この電流により、寄生コンデンサ14c(ds)が放電され、主FET14aの電圧V14dが急速にゼロまで低下する。そして、電圧V14dがゼロまで低下すると期間T9aが終了し、上述した期間T1aに戻る。以上が動作点A(重負荷時)の動作である。
When the period T9a is entered, the
動作点B(軽負荷時)の動作は、図14に示すように、スイッチングの1周期Tswを期間T1b〜T6a,T8b,T9bに分けて説明することができる。期間T1b〜T6b,T8b,T9bは、動作点Aにおける期間T1a〜T6a,T8a,T9aに対応する。動作点Bは、動作点Aよりも周期Tswが短い。また、各期間における回路動作は動作点Aとほぼ同様であるが、期間T5b,T6bについては、動作点Aの期間T5a,T6aの回路動作と少し異なる点がある。また、動作点Bでは、動作点Aの期間T7aに相当する期間がない。以下、動作点Bの回路動作のうち、動作点Aと異なる点について順番に説明する。 As shown in FIG. 14, the operation at the operating point B (light load) can be described by dividing one switching period Tsw into periods T1b to T6a, T8b, and T9b. The periods T1b to T6b, T8b, and T9b correspond to the periods T1a to T6a, T8a, and T9a at the operating point A. The operating point B has a shorter cycle Tsw than the operating point A. The circuit operation in each period is almost the same as the operation point A, but the periods T5b and T6b are slightly different from the circuit operations in the periods T5a and T6a of the operation point A. Further, at the operating point B, there is no period corresponding to the period T7a of the operating point A. Hereinafter, of the circuit operation at the operating point B, the points different from the operating point A will be described in order.
まず、期間T5bについて説明する。上述した動作点A(重負荷時)の場合、回生ダイオード56bが導通して電流I56が流れ始めて期間T5aが開始し、ほぼ同じタイミングで出力整流素子20に電流I20が流れ始める。期間T5aの電流I56,I20は、共にトランス12が励磁エネルギーを放出する電流であり、動作点Aの場合、電流I56,I20が流れ始めるタイミングがほぼ同じになる。
First, the period T5b is described. In the case of the operating point A described above (during heavy load), the
これに対して、動作点B(軽負荷時)の場合、回生ダイオード56bが導通して電流I56が流れ始めて期間T5bが開始した後、遅れて電流I20が流れ始める。これは、負荷22に供給する出力電流Ioが小さいため、期間T5bが開始してからしばらくの間、入力巻線12aが励磁エネルギーを放出する電流が回生ダイオード56bの方に集中するためである。また、動作点Bは、負荷22に供給する出力電流Ioが小さいため、電流I20は期間T5bが終了するまでに流れてしまい、期間T6bになると、出力整流素子20は非導通となる。
On the other hand, in the case of the operating point B (light load), after the
次に、期間T6bについて説明する。上述した動作点A(重負荷時)の場合、期間T6aに入ると電圧V14dに小さい振動電圧が重畳し、この影響で回生FET56の電圧V56gにも振動電圧が発生する。しかし、動作点Aでは電圧V56gの振動電圧の振幅が小さいので、振動電圧のピークが回生FET56aのオン閾値Vthを超えない。したがって、電圧V56gがオン閾値Vthに達するまでの時間(すなわち期間T6aの時間)は、駆動抵抗60及び寄生コンデンサ56c(gs)の時定数によって定まり、相対的に長い時間になる。
Next, the period T6b will be described. In the case of the operating point A described above (at the time of heavy load), when a period T6a is entered, a small oscillating voltage is superimposed on the voltage V14d, and as a result, an oscillating voltage is also generated on the voltage V56g of the
これに対して、動作点B(軽負荷時)は、電圧V56gの振動電圧の振幅が動作点Aよりも大きくなる性質があり、瞬時に振動電圧のピークが回生FET56aのオン閾値Vthを超え、期間T6bが短時間で終了する。この動作により、スイッチング周期Tswが短い動作点Bにおいても、回生FET56aが適切なタイミングでオンすることができる。また、回生FET56aに電流I56(正方向の電流)が流れ始めて期間T6bが終了すると、出力整流素子20がすでに非導通になっている関係で、期間T7b(動作点Aの期間T7aに相当する期間)が発生せず、次の期間T8bに入る。
On the other hand, the operating point B (at light load) has the property that the amplitude of the oscillating voltage of the voltage V56g is larger than that of the operating point A, and the peak of the oscillating voltage instantaneously exceeds the ON threshold value Vth of the
以上説明したように、スイッチング電源装置48は、トランス12の入力巻線12aと並列に独特のスナバ回路50を設けることにより、主スイッチング素子14の両端電圧V14dに発生するサージ電圧を格段に小さく抑えることができ、主スイッチング素子14として、低耐圧で高性能の素子を使用することができる。また、このスナバ回路50は、軽負荷時から重負荷時まで適切に動作することができ、構成がシンプルで自己損失も小さく、回生コンデンサで吸収したサージ成分のエネルギーを出力巻線12b側に回生する動作を行うので、電源効率の低下を最小限に抑えることができる。
As described above, the switching
また、スナバ回路50を設けることによって、補助巻線12cに発生するサージ電圧についても、軽負荷から重負荷の範囲で格段に小さくなる。したがって、出力電圧検出回路44は、補助巻線12cから出力電圧Voに略比例した電圧Vo・(Nc/Nb)を精度よく検出することができ、図3に示すように、出力電圧Voの負荷変動を小さくすることができる。同様に、入力変動も小さくすることができる。
Further, by providing the
また、補助巻線12cの電圧変化を受けて動作するオンタイミング設定回路58(正帰還回路28)が、主スイッチング素子14の両端電圧V14dがゼロに保持されている時に主FET14aがオンするように調整されているので、理想的なゼロボルトスイッチングが可能になり、主スイッチング素子14のクロス損失やスイッチングノイズを小さく抑えることができる。
Further, the on-timing setting circuit 58 (positive feedback circuit 28) that operates in response to the voltage change of the auxiliary winding 12c turns on the
次に、回生制御回路58の変形例について説明する。上述したように、回生制御回路58は、回生FET56aのオンオフ動作を制御するブロックであり、「主FET14aがオフの期間中に回生FET56aをオンさせた後、回生コンデンサ54の両端電圧V54が所定値まで低下すると、主FET14aがオフからオンに転じる前に回生FET56aをオフさせ、その後、主FET14aがオンからオフに転じ、回生コンデンサ54の両端電圧V54が所定値を超えて上昇することによって回生ダイオード56bに電流が流れ始め、この電流が流れるのが終了すると、回生FET56aをオンさせるという動作を、主FET14aのスイッチング周期Tsw毎に繰り返す。」ように制御する。この回生制御回路58の機能は、図2(b)に示す回生制御回路58(1)以外の構成によっても実現することができる。以下、好適な6つの変形例について説明する。
Next, a modified example of the
第一の変形例である回生制御回路58(2)は、上記の回生制御回路58(1)と異なり、図15(a)に示すように、バイアス用コンデンサ62の放電経路を形成するための放電用抵抗64が、起動抵抗60とバイアス用コンデンサ62の直列回路の両端に並列接続されている。この構成でも、回生制御回路58(1)とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
Unlike the above-described regeneration control circuit 58 (1), the regeneration control circuit 58 (2) which is the first modification is for forming a discharge path of the
第二の変形例である回生制御回路58(3)は、上記の回生制御回路58(1)と異なり、図15(b)に示すように、放電用トランジスタ66bのコレクタベース間に、ダイオード素子である負電圧設定用ダイオード70が並列接続されている。回生制御回路58(1)の場合、放電用トランジスタ66bのコレクタベース間のPN接合の部分を負電圧設定用ダイオードとして使用しているが、回生制御回路58(2)のように負電圧設定用ダイオード70を別に設けることによって、放電用トランジスタ66bに加わるストレスを軽減することができる。
Unlike the above-described regeneration control circuit 58 (1), the regeneration control circuit 58 (3) as the second modified example has a diode element between the collector base of the
第三の変形例である回生制御回路58(4)は、第二の変形例の回生制御回路58(3)と異なり、図15(c)に示すように、放電用トランジスタ66bのコレクタベース間に、ツェナダイオード素子である負電圧設定用ダイオード72が並列接続されている。この構成によれば、負電圧設定用ダイオード72が順方向に導通することによって、負電圧設定用ダイオード70と同様の作用効果が得られ、逆方向に導通することによって、回生FET56aのゲートソース間に異常な高電圧が発生するのを防止し、回生FET56aを保護することができる。
Unlike the regeneration control circuit 58 (3) of the second modified example, the regeneration control circuit 58 (4) of the third modified example, as shown in FIG. 15C, between the collector and base of the
第四の変形例である回生制御回路58(5)は、第三の変形例の回生制御回路58(4)と異なり、バッファ回路66に代えてバッファ回路74が設けられている。バッファ回路74は、図16(a)に示すように、充電用ダイオード66aとPチャネルのMOS型FETである放電用トランジスタ74bとで構成されている。この構成でも、回生制御回路58(4)とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
Unlike the regeneration control circuit 58 (4) of the third modified example, the regeneration control circuit 58 (5) of the fourth modified example is provided with a
第五の変形例である回生制御回路58(6)は、第三の変形例の回生制御回路58(4)と異なり、バッファ回路66に代えてバッファ回路76が設けられている。バッファ回路76は、図16(b)に示すように、充電用ダイオード66aと、PNP型及びNPN型トランジスタをインバーテッドダーリントン接続して成る放電用トランジスタ76bとで構成されている。この構成でも、回生制御回路58(4)とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
Unlike the regeneration control circuit 58 (4) of the third modified example, the regeneration control circuit 58 (6) of the fifth modified example is provided with a
第六の変形例である回生制御回路58(7)は、第三の変形例の回生制御回路58(4)と異なり、図16(c)に示すように、バッファ回路66が省略され、駆動抵抗60の両端に、回生FET56aのゲートソース間の電圧V56gを素早く低下させるための放電用ダイオード78が設けられている。この構成でも、回生制御回路58(4)とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
Unlike the regeneration control circuit 58 (4) of the third modified example, the regeneration control circuit 58 (7) of the sixth modified example omits the
その他、上記の変形例以外にも、例えば、回生FET56aのゲートに、寄生コンデンサ56c(gs)を充電するバッファ回路を設けたり、回生制御回路58(7)の放電用ダイオード78と同様の働きをするスピードアップ用コンデンサを設けたりしてもよい。また、上記の動作を妨げない範囲で、回生FET56aのゲートソース間に放電用の抵抗を追加したり、回生FET56aのゲートに異常振動が発生しないようにするゲート抵抗を挿入したりしてもよい。
In addition to the above modification, for example, a buffer circuit for charging the
次に、本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態について、図17に基づいて説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態のスイッチング電源装置80は、臨界モード制御用のICを用いた他励式の電源装置である。
Next, 2nd embodiment of the switching power supply device of this invention is described based on FIG. Here, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The switching
入力巻線12aの両端には、上記実施形態と同様のスナバ回路50が設けられている。補助巻線12cは、上記実施形態と異なり、ドットが付されている一端がグランド16に接続されているので、出力電圧検出回路44は、正の電圧Vo1を出力電圧信号として出力する。
A
出力電圧検出回路44の出力には誤差増幅回路82が設けられ、誤差増幅回路82は、出力電圧信号Vo1と出力電圧Voの目標値に対応する基準電圧Vrとの差を増幅した制御信号V82を出力する。誤差増幅回路82の出力には変調回路84が設けられ、変調回路84は、制御信号V82に基づいて所定の変調を行い、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrと等しくなるように、主FET14aのオン時間Ton及びオフ時間Toffを決定する。また、補助巻線12cの一端にはオンタイミング設定回路86が設けられ、オンタイミング設定回路86は、補助巻線12cの電圧変化を観測し、主FET14aの両端電圧V14dが低下してゼロになっているときに主FET14aがオンに転じるように、所定のタイミング情報を変調回路84に向けて出力する。
An
変調回路84は、主FET14を駆動する駆動パルスV84を生成して出力する。主FET14はNチャネルのMOS型FETなので、駆動パルスV84は、ハイレベル(時間Ton)とローレベル(時間Toff)を繰り返すパルス電圧であり、ハイレベルが開始するタイミングは、オンタイミング設定回路86から取得したタイミング情報に基づいて設定される。誤差増幅回路82、変調回路84及びオンタイミング設定回路86の構成は、市販の臨界モード制御用のIC等を使用することで容易に実現できる。
The
他励式のスイッチング電源装置80においても、上記のスイッチング電源装置48(自励式)と同様の作用効果を得ることができる。
The separately-excited
なお、本発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、主スイッチング素子がNチャネルのMOS型FETであり、補助ダイオードとしてドレインソース間の寄生ダイオードを利用しているが、これとは別にファストリカバリダイオード等を並列接続し、補助ダイオードとしてもよい。また、上記実施形態では、回生スイッチがNチャネルのMOS型FETであり、回生ダイオードとしてドレインソース間の寄生ダイオードを利用しているが、これとは別にファストリカバリダイオード等を並列接続し、回生ダイオードとしてもよい。また、図5〜図13の等価回路では、通常の回路図に現れない回路素子として、リーケージンダクタ、主FETの寄生コンデンサ、回生FETの寄生コンデンサを表記しているが、これらの回路素子は、それぞれ該当する位置にインダクタ素子又はコンデンサ素子を付設し、良好な回路動作が行われるようにL値やC値を調節してもよい。 The switching power supply device of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the main switching element is an N-channel MOS FET, and a parasitic diode between the drain and the source is used as an auxiliary diode. A diode may be used. In the above embodiment, the regenerative switch is an N-channel MOS type FET, and a parasitic diode between the drain and the source is used as the regenerative diode. In addition to this, a fast recovery diode or the like is connected in parallel. It is good. In addition, in the equivalent circuits of FIGS. 5 to 13, a leakage dactor, a parasitic capacitor of a main FET, and a parasitic capacitor of a regenerative FET are shown as circuit elements that do not appear in a normal circuit diagram. An inductor element or a capacitor element may be attached to each corresponding position, and the L value or C value may be adjusted so that good circuit operation is performed.
回生スイッチは、回生FET56a(NチャネルのMOS型FET)以外の素子を使用してもよい。この場合は、使用する素子の特性に合わせ、回生制御回路58(1)〜58(7)とは異なる別の回生制御回路を設定する。
For the regenerative switch, an element other than the
上記実施形態のオンタイミング設定回路は、主スイッチング素子の両端電圧がゼロのときに主スイッチング素子をオンさせる(ゼロボルトスイッチング動作)ものであるが、オンタイミング設定回路をシンプルにするため、所定の低い電圧まで低下したタイミングでオンさせる(ソフトスイッチング動作)ようにしてもよい。また、ゼロボルトスイッチング動作やソフトスイッチング動作が不要であれば、オンタイミング設定回路を省略してもよい。 The on-timing setting circuit of the above embodiment is for turning on the main switching element when the voltage across the main switching element is zero (zero volt switching operation). However, in order to simplify the on-timing setting circuit, a predetermined low You may make it turn on (soft switching operation | movement) at the timing which fell to the voltage. Further, if a zero volt switching operation or a soft switching operation is unnecessary, the on timing setting circuit may be omitted.
上記実施形態の出力電圧検出回路は、出力電圧の検出を入力側で間接的に行う構成(フォトカプラ未使用)であるが、フォトカプラが使用できる場合は、従来のスイッチング電源装置10のように、出力電圧の検出を出力側で直接行う構成にすることができる。
The output voltage detection circuit of the above embodiment is configured to indirectly detect the output voltage on the input side (no photocoupler is used), but when a photocoupler can be used, as in the conventional switching
10,42,48,80 スイッチング電源装置
12 トランス
12a 入力巻線
12b 出力巻線
12c 補助巻線
14 主スイッチング素子
14a 主FET
14b 補助ダイオード
20 出力整流素子
24 出力平滑コンデンサ
44 出力電圧検出回路
50 スナバ回路
52(28),86 オンタイミング設定回路
56 回生用素子
56a 回生FET(回生スイッチ)
56b 回生ダイオード
58,58(1)〜58(7) 回生制御回路
60 駆動抵抗
62 バイアス用コンデンサ
64 放電用抵抗
66,74,76 バッファ回路
66a 充電用ダイオード
66b,74b,76b 放電用トランジスタ
70,72 負電圧設定用ダイオード
10, 42, 48, 80
56b
Claims (7)
前記入力巻線及び前記主スイッチング素子の接続点に一端が接続された回生コンデンサと、前記回生コンデンサの他端と前記入力巻線の他端との間に接続された回生スイッチと、アノードを前記回生コンデンサ側にして前記回生スイッチの両端に接続された回生ダイオードと、前記回生スイッチのオンオフを制御する回生制御回路とで構成されたスナバ回路を備え、
前記回生制御回路は、前記主スイッチング素子がオフの期間中に前記回生スイッチをオンさせた後、前記回生コンデンサの両端電圧が所定値まで低下すると、前記主スイッチング素子がオフからオンに転じる前に前記回生スイッチをオフさせて、前記回生コンデンサの両端電圧を前記所定値に保持させ、その後、前記主スイッチング素子がオンからオフに転じ、前記回生コンデンサの両端電圧が前記所定値を超えて上昇することによって前記回生ダイオードに電流が流れ始め、この電流が流れるのが終了すると、前記回生スイッチをオンさせるという動作を、前記主スイッチング素子のスイッチング周期毎に繰り返すことを特徴とするスイッチング電源装置。 A main switching element for intermittently connecting an input voltage supplied from an input power supply; an input winding connected in series to the main switching element; and an output winding insulated from the input winding. During this period, the input voltage is applied to the input winding to store excitation energy, and the cathode is connected to both ends of the main switching element with the cathode connected to the connection point of the input winding and the main switching element. An auxiliary diode, an output rectifying element that rectifies the voltage generated in the output winding during a period when the main switching element is off, and a rectified voltage output from the output rectifying element is smoothed and output to an externally connected load An output smoothing capacitor that supplies a voltage and an output current; A circuit for controlling time, a switching control circuit for performing critical mode control for quickly inverting the main switching element from off to on after the excitation energy accumulated in the transformer is released through the output rectifying element In a flyback type switching power supply with
A regenerative capacitor having one end connected to a connection point of the input winding and the main switching element, a regenerative switch connected between the other end of the regenerative capacitor and the other end of the input winding, and an anode A regenerative diode connected to both ends of the regenerative switch on the regenerative capacitor side, and a snubber circuit composed of a regenerative control circuit for controlling on / off of the regenerative switch,
After the regenerative control circuit turns on the regenerative switch while the main switching element is off, the voltage across the regenerative capacitor drops to a predetermined value before the main switching element turns from off to on. The regenerative switch is turned off to hold the voltage across the regenerative capacitor at the predetermined value, and then the main switching element turns from on to off, and the voltage across the regenerative capacitor rises above the predetermined value. Thus, a current starts to flow through the regenerative diode, and when the current ends, the operation of turning on the regenerative switch is repeated every switching period of the main switching element.
前記回生制御回路は、前記入力巻線及び前記回生コンデンサの接続点と前記回生FETのゲートとの間に接続された駆動抵抗及びバイアス用コンデンサの直列回路と、前記バイアス用コンデンサの放電経路を形成するための放電用抵抗と、前記回生FETのゲートソース間又はこれに相当する位置に接続され、前記回生FETのゲートソース間が負方向にバイアスされたときに導通し、ゲートソース間に発生する負電圧が所定値以上に大きくならないようクランプする負電圧設定用ダイオードとを備えている請求項1記載のスイッチング電源装置。 The regenerative switch is a regenerative FET that is an N-channel MOS FET having a source connected to the other end of the regenerative capacitor and a drain connected to the other end of the input winding.
The regeneration control circuit forms a discharge circuit of the bias capacitor and a series circuit of a drive resistor and a bias capacitor connected between a connection point of the input winding and the regeneration capacitor and a gate of the regeneration FET. Is connected between the discharge resistor and the gate source of the regenerative FET or a position corresponding thereto, and is conducted when the gate source of the regenerative FET is biased in the negative direction, and is generated between the gate source. 2. The switching power supply device according to claim 1, further comprising a negative voltage setting diode for clamping so that the negative voltage does not become larger than a predetermined value.
前記バッファ回路は、アノードが前記駆動抵抗及びバイアス用コンデンサの直列回路の一端に接続され、カソードが前記回生FETのゲートに接続された充電用ダイオードと、エミッタが前記回生FETのゲートに接続され、コレクタが前記回生FETのソースに接続され、ベースが前記充電用ダイオードのアノードに接続されたPNP型トランジスタである放電用トランジスタとで構成されている請求項2記載のスイッチング電源装置。 A buffer circuit is inserted between one end of the series circuit of the driving resistor and the bias capacitor and the gate of the regenerative FET,
The buffer circuit has an anode connected to one end of a series circuit of the driving resistor and the bias capacitor, a cathode connected to the gate of the regenerative FET, and an emitter connected to the gate of the regenerative FET. 3. The switching power supply device according to claim 2, wherein a collector is connected to a source of the regenerative FET and a base is connected to a discharge transistor which is a PNP transistor connected to an anode of the charging diode.
前記保護用ツェナダイオードが、前記負電圧設定用ダイオードとして動作する請求項2又3記載のスイッチング電源装置。 A protective Zener diode for preventing an excessive voltage from being generated between the gate source of the regenerative FET is connected between the gate source of the regenerative FET or a position corresponding thereto.
4. The switching power supply device according to claim 2 , wherein the protective Zener diode operates as the negative voltage setting diode.
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