JP7140572B2 - Power supply and image forming apparatus - Google Patents

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本発明は、フライバックトランスを用いた絶縁型コンバータに、アクティブクランプ方式を用いたスイッチング電源装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device and an image forming apparatus using an active clamp system for an isolated converter using a flyback transformer.

軽負荷、重負荷ともに高い電力効率を有する電源装置の構成の一つとして、フライバックトランスを用いたアクティブクランプ方式の電源装置が知られている。更に高い電力効率を求めて、例えば、特許文献1では、電力供給される負荷の大きさに応じて、スイッチング素子に並列に接続された共振コンデンサの容量を切り替えることで、軽負荷時と重負荷時の高い電力効率を両立させる構成の電源装置が提案されている。なお、電力効率(電力変換効率ともいう)とは、電源装置に供給された電力と、電源装置が出力する電力との比率で表される。 2. Description of the Related Art An active clamp type power supply using a flyback transformer is known as one configuration of a power supply having high power efficiency for both light load and heavy load. In pursuit of even higher power efficiency, for example, in Patent Document 1, by switching the capacitance of a resonance capacitor connected in parallel to a switching element according to the size of the load to which power is supplied, There has been proposed a power supply device configured to achieve both high power efficiency at the same time. Note that power efficiency (also referred to as power conversion efficiency) is represented by the ratio of the power supplied to the power supply and the power output by the power supply.

特開2009-100554号公報JP 2009-100554 A

上述したように、電源装置では、電力供給される負荷に応じて共振コンデンサの容量を切り替える。特にフライバックトランスを用いたアクティブクランプ方式の電源装置のような部分共振型の電源装置では、安定したスイッチング動作と、更なる電力効率の改善を達成するために、共振コンデンサの容量を切り替えるタイミングは重要な課題となっている。 As described above, in the power supply device, the capacity of the resonant capacitor is switched according to the load to which power is supplied. Especially in a partial resonance type power supply such as an active clamp type power supply using a flyback transformer, the timing for switching the capacitance of the resonance capacitor is limited to achieve stable switching operation and further improvement of power efficiency. is an important issue.

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、アクティブクランプ方式の電源装置における電力効率を改善することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve power efficiency in an active clamp power supply.

上述した課題を解決するために、本発明では、以下の構成を備える。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.

(1)一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、前記トランスの前記一次巻線に直列に接続された第一のスイッチング素子と、前記第一のスイッチング素子と並列に接続された共振コンデンサ部と、前記トランスの前記一次巻線に並列に接続された第二のスイッチング素子と、前記第二のスイッチング素子に直列に接続され、前記第二のスイッチング素子とともに前記トランスの前記一次巻線に並列に接続されたコンデンサと、前記トランスの前記二次巻線に誘起された電圧を整流平滑した出力電圧に応じた情報を出力するフィードバック手段と、前記フィードバック手段から入力された前記情報に基づいて、第一の制御信号により前記第一のスイッチング素子のオン又はオフを制御し、第二の制御信号により前記第二のスイッチング素子のオン又はオフを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子をともにオフさせるデッドタイムを挟んで前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を交互にオン又はオフさせるスイッチング動作を行う期間を繰り返す連続動作と、前記スイッチング動作を行う期間と前記スイッチング動作を停止させる期間とを交互に繰り返す間欠動作と、を行うことが可能である電源装置であって、前記共振コンデンサ部は、第一の共振コンデンサと、第二の共振コンデンサと、前記第二の共振コンデンサに直列に接続された第三のスイッチング素子と、を有し、前記第二の共振コンデンサ及び前記第三のスイッチング素子は、前記第一の共振コンデンサと並列に接続され、前記制御手段は、前記連続動作時には前記第三のスイッチング素子をオンし、前記間欠動作時には前記第三のスイッチング素子をオフし、前記間欠動作から前記連続動作に移行した後に前記第一のスイッチング素子をオンしている状態のときに前記第三のスイッチング素子をオフからオンに切り替えることを特徴とする電源装置。
(2)一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、前記トランスの前記一次巻線に直列に接続された第一のスイッチング素子と、前記第一のスイッチング素子と並列に接続された共振コンデンサ部と、前記トランスの前記一次巻線に並列に接続された第二のスイッチング素子と、前記第二のスイッチング素子に直列に接続され、前記第二のスイッチング素子とともに前記トランスの前記一次巻線に並列に接続されたコンデンサと、前記トランスの前記二次巻線に誘起された電圧を整流平滑した出力電圧に応じた情報を出力するフィードバック手段と、前記フィードバック手段から入力された前記情報に基づいて、第一の制御信号により前記第一のスイッチング素子のオン又はオフを制御し、第二の制御信号により前記第二のスイッチング素子のオン又はオフを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子をともにオフさせるデッドタイムを挟んで前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を交互にオン又はオフさせるスイッチング動作を行う期間を繰り返す連続動作と、前記スイッチング動作を行う期間と前記スイッチング動作を停止させる期間とを交互に繰り返す間欠動作と、を行うことが可能である電源装置であって、前記共振コンデンサ部は、第一の共振コンデンサと、第二の共振コンデンサと、前記第二の共振コンデンサに直列に接続された第三のスイッチング素子と、を有し、前記第二の共振コンデンサ及び前記第三のスイッチング素子は、前記第一の共振コンデンサと並列に接続され、前記制御手段は、前記連続動作時には前記第三のスイッチング素子をオンし、前記間欠動作時には前記第三のスイッチング素子をオフし、前記連続動作から前記間欠動作に移行した後の、前記第一のスイッチング素子をオンしている状態若しくはオフしている状態のときに前記第三のスイッチング素子をオンからオフに切り替えることを特徴とする電源装置。
(3)記録材に画像形成を行う画像形成手段と、前記(1)又は前記(2)に記載の電源装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
(4)一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、前記トランスの前記一次巻線に直列に接続された第一のスイッチング素子と、前記第一のスイッチング素子と並列に接続された共振コンデンサ部と、前記トランスの前記一次巻線に並列に接続された第二のスイッチング素子と、前記第二のスイッチング素子に直列に接続され、前記第二のスイッチング素子とともに前記トランスの前記一次巻線に並列に接続されたコンデンサと、前記トランスの前記二次巻線に誘起された電圧を整流平滑した出力電圧に応じた情報を出力するフィードバック手段と、前記フィードバック手段から入力された前記情報に基づいて、第一の制御信号により前記第一のスイッチング素子のオン又はオフを制御し、第二の制御信号により前記第二のスイッチング素子のオン又はオフを制御する制御手段と、外部からの信号に応じて、前記出力電圧の目標電圧を第一の電圧、又は前記第一の電圧よりも高い第二の電圧に切り替えるように指示する指示手段と、を備え、前記制御手段は、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子をともにオフさせるデッドタイムを挟んで前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を交互にオン又はオフさせるスイッチング動作を行う期間を繰り返す連続動作と、前記スイッチング動作を行う期間と前記スイッチング動作を停止させる期間とを交互に繰り返す間欠動作と、を行うことが可能であり、前記制御手段は、前記目標電圧を前記指示手段からの指示に応じて切り替えることが可能である電源装置であって、前記共振コンデンサ部は、第一の共振コンデンサと、第二の共振コンデンサと、前記第二の共振コンデンサに直列に接続された第三のスイッチング素子と、を有し、前記第二の共振コンデンサ及び前記第三のスイッチング素子は、前記第一の共振コンデンサと並列に接続され、前記制御手段は、前記目標電圧が前記第二の電圧の場合には前記第三のスイッチング素子をオンし、前記目標電圧が前記第一の電圧の場合には前記第三のスイッチング素子をオフすることを特徴とする電源装置。
(5)記録材に画像形成を行う画像形成手段と、前記(4)に記載の電源装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
(1) A transformer having a primary winding and a secondary winding, a first switching element connected in series with the primary winding of the transformer, and a resonance capacitor connected in parallel with the first switching element. a second switching element connected in parallel to the primary winding of the transformer; and a second switching element connected in series to the second switching element and connected to the primary winding of the transformer together with the second switching element. a capacitor connected in parallel; feedback means for outputting information corresponding to an output voltage obtained by rectifying and smoothing the voltage induced in the secondary winding of the transformer; and based on the information input from the feedback means a control means for controlling on or off of the first switching element by a first control signal, and controlling on or off of the second switching element by a second control signal; is a period during which a switching operation is performed to alternately turn on or off the first switching element and the second switching element with a dead time in which both the first switching element and the second switching element are turned off. A power supply device capable of performing repeated continuous operation and intermittent operation in which a period in which the switching operation is performed and a period in which the switching operation is stopped are alternately performed, wherein the resonance capacitor unit includes a first a resonance capacitor, a second resonance capacitor, and a third switching element connected in series with the second resonance capacitor, wherein the second resonance capacitor and the third switching element are connected to the The control means is connected in parallel with the first resonance capacitor, and the control means turns on the third switching element during the continuous operation, turns off the third switching element during the intermittent operation, and switches the switching element from the intermittent operation to the continuous operation. A power supply device characterized by switching the third switching element from off to on when the first switching element is on after shifting to operation .
(2) a transformer having a primary winding and a secondary winding, a first switching element connected in series with the primary winding of the transformer, and a resonance capacitor connected in parallel with the first switching element a second switching element connected in parallel to the primary winding of the transformer; and a second switching element connected in series to the second switching element and connected to the primary winding of the transformer together with the second switching element. a capacitor connected in parallel; feedback means for outputting information corresponding to an output voltage obtained by rectifying and smoothing the voltage induced in the secondary winding of the transformer; and based on the information input from the feedback means a control means for controlling on or off of the first switching element by a first control signal, and controlling on or off of the second switching element by a second control signal; is a period during which a switching operation is performed to alternately turn on or off the first switching element and the second switching element with a dead time in which both the first switching element and the second switching element are turned off. A power supply device capable of performing repeated continuous operation and intermittent operation in which a period in which the switching operation is performed and a period in which the switching operation is stopped are alternately performed, wherein the resonance capacitor unit includes a first a resonance capacitor, a second resonance capacitor, and a third switching element connected in series with the second resonance capacitor, wherein the second resonance capacitor and the third switching element are connected to the The control means is connected in parallel with the first resonance capacitor, and the control means turns on the third switching element during the continuous operation, turns off the third switching element during the intermittent operation, and switches the switching element from the continuous operation to the intermittent operation. A power supply device characterized by switching said third switching element from ON to OFF after transitioning to operation, when said first switching element is in an ON state or in an OFF state.
(3) An image forming apparatus comprising: image forming means for forming an image on a recording material; and the power supply device according to (1) or (2).
(4) A transformer having a primary winding and a secondary winding, a first switching element connected in series with the primary winding of the transformer, and a resonant capacitor connected in parallel with the first switching element. a second switching element connected in parallel to the primary winding of the transformer; and a second switching element connected in series to the second switching element and connected to the primary winding of the transformer together with the second switching element. a capacitor connected in parallel; feedback means for outputting information corresponding to an output voltage obtained by rectifying and smoothing the voltage induced in the secondary winding of the transformer; and based on the information input from the feedback means , control means for controlling on or off of the first switching element by a first control signal and on or off of the second switching element by a second control signal; and instruction means for instructing to switch the target voltage of the output voltage to a first voltage or a second voltage higher than the first voltage, wherein the control means performs the first switching a continuous operation of repeating a switching operation period of alternately turning on or off the first switching element and the second switching element with a dead time in which both the element and the second switching element are turned off; intermittent operation in which a period of operation and a period of stopping the switching operation are alternately repeated, and the control means can switch the target voltage according to an instruction from the instruction means. wherein the resonant capacitor section includes a first resonant capacitor, a second resonant capacitor, and a third switching element connected in series with the second resonant capacitor. The second resonant capacitor and the third switching element are connected in parallel with the first resonant capacitor, and the control means controls the third switching element when the target voltage is the second voltage. , and turns off the third switching element when the target voltage is the first voltage.
(5) An image forming apparatus comprising: image forming means for forming an image on a recording material; and the power supply device according to (4).

本発明によれば、アクティブクランプ方式の電源装置における電力効率を改善することができる。 According to the present invention, it is possible to improve power efficiency in an active clamp type power supply device.

実施例1の電源回路の概略図Schematic diagram of power supply circuit of embodiment 1 実施例1、2の制御方法を説明する図、及び制御方法を説明する簡易回路図A diagram for explaining the control method of Embodiments 1 and 2, and a simple circuit diagram for explaining the control method. 実施例1の共振コンデンサの容量の違いによる回路動作を説明する図4A and 4B are diagrams for explaining the circuit operation due to the difference in the capacitance of the resonant capacitor of the first embodiment; 実施例1の出力電力と電力変換効率の関係を示すグラフGraph showing the relationship between output power and power conversion efficiency in Example 1 実施例1の共振コンデンサの切替タイミングを説明する図FIG. 4 is a diagram for explaining switching timing of resonance capacitors in the first embodiment; 実施例2の電源回路の概略図Schematic diagram of power supply circuit of embodiment 2 実施例2の出力電力と電源変換効率の関係を示すグラフGraph showing the relationship between output power and power conversion efficiency in Example 2 実施例2の共振コンデンサの切替タイミングを説明する図FIG. 11 is a diagram for explaining switching timing of resonance capacitors in the second embodiment; 実施例3のFETのドレイン端子とソース端子間に印加される電圧を説明する図FIG. 10 is a diagram for explaining voltage applied between the drain terminal and the source terminal of the FET of Example 3; 実施例3の目標電圧を5Vから24Vに切り替える際に共振コンデンサの切替タイミングを説明する図FIG. 11 is a diagram for explaining switching timing of resonance capacitors when switching the target voltage from 5 V to 24 V in the third embodiment; 実施例3の目標電圧を24Vから5Vに切り替える際に共振コンデンサの切替タイミングを説明する図FIG. 11 is a diagram for explaining switching timing of the resonant capacitor when switching the target voltage from 24 V to 5 V in the third embodiment; 実施例4の画像形成装置を示す図FIG. 4 shows an image forming apparatus according to a fourth embodiment;

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

[電源装置の構成]
実施例1のアクティブクランプ方式を用いたフライバック電源装置について、図面を参照して説明する。図1は、実施例1のアクティブクランプ方式を用いたスイッチング電源回路の概略を示す回路図である。本実施例のフライバック電源装置は、商用電源等の交流電源10から交流電圧が入力され、全波整流手段であるブリッジダイオードBD1で整流された電圧はスイッチング電源回路100に入力される。スイッチング電源回路100では、平滑用コンデンサC3はブリッジダイオードBD1で整流された電圧の平滑手段として用いられ、平滑用コンデンサC3の低い側の電位をDCL、高い側の電位をDCHとする。スイッチング電源回路100は、平滑用コンデンサC3に充電された入力電圧Vinから、トランスT1の絶縁された二次側へ電源電圧Voutを出力する。
[Configuration of power supply]
A flyback power supply device using the active clamp method of Example 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a switching power supply circuit using an active clamp system according to a first embodiment. In the flyback power supply device of this embodiment, an AC voltage is input from an AC power supply 10 such as a commercial power supply, and a voltage rectified by a bridge diode BD1 as full-wave rectifying means is input to a switching power supply circuit 100. In the switching power supply circuit 100, the smoothing capacitor C3 is used as means for smoothing the voltage rectified by the bridge diode BD1. DCL is the low potential of the smoothing capacitor C3 and DCH is the high potential. The switching power supply circuit 100 outputs the power supply voltage Vout from the input voltage Vin charged in the smoothing capacitor C3 to the insulated secondary side of the transformer T1.

スイッチング電源回路100は、一次側に一次巻線P1、補助巻線P2、二次側に二次巻線S1を備えた絶縁型のトランスT1を有している。トランスT1の一次巻線P1から二次巻線S1には、後述する図2で説明するスイッチング動作によってエネルギーが供給されている。トランスT1の補助巻線P2は、一次巻線P1に印加された入力電圧Vinのフォワード電圧を、ダイオードD4及びコンデンサC4で整流平滑し、電源電圧V1を供給するために用いられる。 The switching power supply circuit 100 has an insulated transformer T1 having a primary winding P1, an auxiliary winding P2 on the primary side, and a secondary winding S1 on the secondary side. Energy is supplied from the primary winding P1 to the secondary winding S1 of the transformer T1 by a switching operation described later with reference to FIG. The auxiliary winding P2 of the transformer T1 is used to rectify and smooth the forward voltage of the input voltage Vin applied to the primary winding P1 with a diode D4 and a capacitor C4 and supply the power supply voltage V1.

スイッチング電源回路100の一次側には、トランスT1の一次巻線P1に第一のスイッチング素子である電界効果トランジスタ(以下、FETとする)1が直列に接続されている。また、電圧クランプ用のコンデンサC2と第二のスイッチング素子であるFET2とが直列に接続され、直列に接続された電圧クランプ用のコンデンサC2及びFET2は、トランスT1の一次巻線P1と並列に接続されている。更に、スイッチング電源回路100の一次側には、FET1及びFET2の駆動を制御する制御部101が設けられている。 On the primary side of the switching power supply circuit 100, a field effect transistor (hereinafter referred to as FET) 1, which is a first switching element, is connected in series with the primary winding P1 of the transformer T1. A voltage clamping capacitor C2 and a second switching element FET2 are connected in series, and the voltage clamping capacitor C2 and FET2 connected in series are connected in parallel with the primary winding P1 of the transformer T1. It is Further, the primary side of the switching power supply circuit 100 is provided with a control section 101 that controls driving of the FET1 and the FET2.

制御手段である制御部101は、ハイレベルの制御信号DRV-Lを出力することでFET1を駆動し、ハイレベルの制御信号DRV-Hを出力することでFET2を駆動する。制御部101のVC端子とG端子間には、電源電圧V1が供給される。なお、FET2を駆動するため、コンデンサC5及びダイオードD5から構成されるチャージポンプ回路によって、制御部101のVH端子とGH端子の間に電源電圧V1が供給されている。 A control unit 101, which is control means, drives FET1 by outputting a high-level control signal DRV-L, and drives FET2 by outputting a high-level control signal DRV-H. A power supply voltage V1 is supplied between the VC terminal and the G terminal of the control section 101 . In order to drive the FET2, a power supply voltage V1 is supplied between the VH terminal and the GH terminal of the control section 101 by a charge pump circuit composed of a capacitor C5 and a diode D5.

FET1には、第一の共振コンデンサである共振コンデンサC11と、第二の共振コンデンサである共振コンデンサC12及び第三のスイッチング素子であるFET12が直列に接続された回路とが、並列に接続されている。なお、共振コンデンサC11、C12及びFET12は、共振コンデンサ部を構成し、共振コンデンサC11は、共振コンデンサC12に比べて静電容量が小さいものが選択される(C11<C12)。また、FET12は、制御部101から出力される制御信号DRV-Cによって、オン・オフ制御が行われる。FET12がオフ状態のときは、共振コンデンサC11のみがFET1に並列に接続され、このときの共振コンデンサの容量は、共振コンデンサC11の容量である。一方、FET12がオン状態のときは、共振コンデンサC11と共振コンデンサC12がFET1に並列に接続され、このときの共振コンデンサの容量は、共振コンデンサC11、C12それぞれの容量を加えた容量である。なお、共振コンデンサC11を設けずに、FET1のドレイン端子とソース端子間の容量を用いてもよい。 FET1 is connected in parallel with a resonant capacitor C11 as a first resonant capacitor, a circuit in which a resonant capacitor C12 as a second resonant capacitor, and an FET12 as a third switching element are connected in series. there is The resonance capacitors C11, C12, and FET12 form a resonance capacitor section, and the resonance capacitor C11 is selected to have a smaller capacitance than the resonance capacitor C12 (C11<C12). Also, the FET 12 is on/off controlled by the control signal DRV-C output from the control section 101 . When the FET12 is off, only the resonance capacitor C11 is connected in parallel with the FET1, and the capacitance of the resonance capacitor at this time is the capacitance of the resonance capacitor C11. On the other hand, when the FET12 is on, the resonance capacitors C11 and C12 are connected in parallel to the FET1, and the capacitance of the resonance capacitor at this time is the sum of the capacitances of the resonance capacitors C11 and C12. Note that the capacitance between the drain terminal and the source terminal of FET1 may be used without providing the resonance capacitor C11.

また、図1のFET1に並列に接続されたダイオードD1は、FET1のボディーダイオードである。同様に、FET2に並列に接続されたダイオードD2も、FET2のボディーダイオードである。なお、制御部101は、例えばアナログ回路で構成されたICを用いてもよいし、発振器などによって生成されたクロック信号で動作する演算制御素子(例えばCPU、ASICなど)を用いてもよい。 A diode D1 connected in parallel with FET1 in FIG. 1 is a body diode of FET1. Similarly, diode D2 connected in parallel with FET2 is also the body diode of FET2. Note that the control unit 101 may use, for example, an IC configured by an analog circuit, or may use an arithmetic control element (eg, CPU, ASIC, etc.) that operates with a clock signal generated by an oscillator or the like.

スイッチング電源回路100の二次側には、トランスT1の二次巻線S1に生じるフライバック電圧の二次側の整流手段であるダイオードD21及びコンデンサC21から構成される整流平滑回路118が設けられている。トランスT1の二次巻線S1に誘起された電圧は、ダイオードD21及びコンデンサC21によって整流平滑され、電源電圧Vout(出力電圧Voutともいう)として出力される。また、スイッチング電源回路100の二次側には、二次側に出力される電源電圧Voutに応じた情報を一次側にフィードバックするフィードバック手段として、フィードバック部115が設けられている。 The secondary side of the switching power supply circuit 100 is provided with a rectifying/smoothing circuit 118 composed of a diode D21 and a capacitor C21, which is a secondary side rectifying means for the flyback voltage generated in the secondary winding S1 of the transformer T1. there is A voltage induced in the secondary winding S1 of the transformer T1 is rectified and smoothed by a diode D21 and a capacitor C21, and output as a power supply voltage Vout (also referred to as an output voltage Vout). Further, the secondary side of the switching power supply circuit 100 is provided with a feedback section 115 as feedback means for feeding back information corresponding to the power supply voltage Vout output to the secondary side to the primary side.

フィードバック部115は、電源電圧Voutを所定の一定電圧(以下、目標電圧という)に制御するために用いている。電源電圧Voutの電圧値は、シャントレギュレータIC5のリファレンス端子REFに入力される電圧である基準電圧によって設定される。すなわち、分圧抵抗R52、R53、R54によって電源電圧Voutが設定される。電源電圧Voutの電圧が目標電圧より高くなると、シャントレギュレータIC5のカソード端子Kから電流が流れ、プルアップ抵抗R51を介してフォトカプラPC5の二次側ダイオードが導通状態となる。これにより、フォトカプラPC5の一次側フォトトランジスタが動作し、コンデンサC6から電荷が放電される。このため、制御部101のFB端子の入力電圧が低下する。一方、電源電圧Voutの電圧が目標電圧より低くなると、フォトカプラPC5の二次側ダイオードが非導通状態となる。これにより、フォトカプラPC5の一次側フォトトランジスタがオフ状態となり、電源電圧V1から抵抗R2を介してコンデンサC6を充電する電流が流れる。このため、制御部101のFB端子の入力電圧(以下、FB端子電圧という)が上昇する。このように、フィードバック部115は、電源電圧Voutの変動に応じて制御部101のFB端子電圧を変化させる。 The feedback unit 115 is used to control the power supply voltage Vout to a predetermined constant voltage (hereinafter referred to as target voltage). The voltage value of the power supply voltage Vout is set by a reference voltage, which is the voltage input to the reference terminal REF of the shunt regulator IC5. That is, the power supply voltage Vout is set by the voltage dividing resistors R52, R53, and R54. When the voltage of the power supply voltage Vout becomes higher than the target voltage, current flows from the cathode terminal K of the shunt regulator IC5, and the secondary diode of the photocoupler PC5 becomes conductive via the pull-up resistor R51. As a result, the primary side phototransistor of the photocoupler PC5 is activated, and the capacitor C6 is discharged. Therefore, the input voltage of the FB terminal of the control section 101 is lowered. On the other hand, when the voltage of the power supply voltage Vout becomes lower than the target voltage, the secondary diode of the photocoupler PC5 becomes non-conductive. As a result, the primary-side phototransistor of the photocoupler PC5 is turned off, and current flows from the power supply voltage V1 through the resistor R2 to charge the capacitor C6. Therefore, the input voltage of the FB terminal of the control unit 101 (hereinafter referred to as FB terminal voltage) increases. In this way, the feedback section 115 changes the FB terminal voltage of the control section 101 in accordance with fluctuations in the power supply voltage Vout.

制御部101は、フィードバック部115から入力されたFB端子電圧を検知することで、電源電圧Voutを目標電圧に制御するためのフィードバック制御を行っている。このように、制御部101はFB端子電圧を監視することによって、電源電圧Voutを間接的にフィードバック制御できる。また、フィードバック部115の代わりに、制御部101を二次側に設けて、電源電圧Voutを監視することで、電源電圧Voutを直接フィードバック制御してもよい。制御部101はFB端子電圧を監視することにより負荷の状態を把握できるため、負荷の状態に応じた適切な制御を行うことができる。負荷の状態を、より正確に判断するためには、FET1や、スイッチング電源回路100の負荷に電力を供給する経路に、電流検出手段を設けてもよい。本実施例における軽負荷状態を判断する手段は、制御部101のFB端子電圧を利用するものとして説明する。 The control unit 101 detects the FB terminal voltage input from the feedback unit 115, thereby performing feedback control for controlling the power supply voltage Vout to the target voltage. Thus, the control unit 101 can indirectly feedback-control the power supply voltage Vout by monitoring the FB terminal voltage. Further, instead of the feedback section 115, the control section 101 may be provided on the secondary side and the power supply voltage Vout may be directly feedback-controlled by monitoring the power supply voltage Vout. Since the control unit 101 can grasp the state of the load by monitoring the FB terminal voltage, it can perform appropriate control according to the state of the load. In order to determine the state of the load more accurately, current detection means may be provided in the FET 1 or the path for supplying power to the load of the switching power supply circuit 100 . It is assumed that the FB terminal voltage of the control unit 101 is used as the means for determining the light load state in this embodiment.

起動回路103は、3端子レギュレータ又は降圧型スイッチング電源回路であり、VC端子とG端子間に入力された入力電圧Vinを変換して、OUT端子から電源電圧V1を出力している。起動回路103は、補助巻線P2から供給される電源電圧V1が所定の電圧値以下の場合のみ動作する回路であり、スイッチング電源回路100の起動時に電源電圧V1を供給するために用いられる。 The starter circuit 103 is a three-terminal regulator or a step-down switching power supply circuit, converts the input voltage Vin input between the VC terminal and the G terminal, and outputs the power supply voltage V1 from the OUT terminal. The startup circuit 103 is a circuit that operates only when the power supply voltage V1 supplied from the auxiliary winding P2 is equal to or lower than a predetermined voltage value, and is used to supply the power supply voltage V1 when the switching power supply circuit 100 is started.

[スイッチング電源回路の制御方法]
図2は、制御部101によるアクティブクランプ方式を用いたスイッチング電源回路100の制御方法を説明する図である。図2においては、制御信号DRV-Cをローレベル状態とし、FET12をオフした状態での動作波形を示している。スイッチング電源回路100は、制御部101がFET1及びFET2をともにオフさせるデッドタイムを挟んでFET1とFET2を交互にオン/オフすることで、二次側に電力を供給している。なお、制御部101がFET1及びFET2をともにオフさせるデッドタイムを挟んでFET1とFET2を交互にオン/オフさせて繰り返し制御する期間をスイッチング期間(第一の期間)という。図2(A)は、FET1及びFET2の各端子の電圧波形及び電流波形を、後述する複数の期間[1]~[4]に分けて示した図である。図2(A)において、(a)はFET1のゲート端子への入力信号である制御信号DRV-Lの状態を示すFET1のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図である。(b)はFET2のゲート端子への入力信号である制御信号DRV-Hの状態を示すFET2のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図であり、(c)はFET1のドレイン端子とソース端子間の電圧を示す図である。(d)はFET1のドレイン電流を示す図であり、この場合のドレイン電流にはダイオードD1に流れる電流を含んでいる。(e)はFET2のドレイン電流を示す図であり、この場合のドレイン電流にはダイオードD2に流れる電流を含んでいる。(f)は、トランスT1の二次側のダイオードD21に流れる電流波形を示す図である。なお、横軸は、いずれも時間を示す。
[Control Method of Switching Power Supply Circuit]
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of controlling the switching power supply circuit 100 using the active clamp method by the control section 101. As shown in FIG. FIG. 2 shows operation waveforms when the control signal DRV-C is set to a low level and the FET 12 is turned off. The switching power supply circuit 100 supplies power to the secondary side by alternately turning on/off the FET1 and the FET2 with a dead time during which the control unit 101 turns off both the FET1 and the FET2. A period in which the control unit 101 alternately turns on/off the FET1 and the FET2 with a dead time in which both the FET1 and the FET2 are turned off is called a switching period (first period). FIG. 2A is a diagram showing voltage waveforms and current waveforms at terminals of FET1 and FET2 divided into a plurality of periods [1] to [4], which will be described later. In FIG. 2A, (a) is a diagram showing the voltage between the gate terminal and the source terminal of FET1, which indicates the state of the control signal DRV-L, which is the input signal to the gate terminal of FET1. (b) is a diagram showing the voltage between the gate terminal and the source terminal of FET2 indicating the state of the control signal DRV-H which is the input signal to the gate terminal of FET2, and (c) is a diagram showing the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1. FIG. 10 is a diagram showing the voltage between (d) is a diagram showing the drain current of the FET1, and the drain current in this case includes the current flowing through the diode D1. (e) is a diagram showing the drain current of the FET2, and the drain current in this case includes the current flowing through the diode D2. (f) is a diagram showing a current waveform flowing through a diode D21 on the secondary side of the transformer T1. Note that the horizontal axis indicates time.

また、図2(B)は、複数の期間[1]~[4]のそれぞれの期間における電流の流れを簡易回路図に分けて示した図である、なお、トランスT1をリーケージインダクタンスLr、励磁インダクタンスLs、理想トランスTIに分割して示してある。また、図2(B)の回路中に、それぞれの期間で流れる電流を濃い実線矢印で示している。 FIG. 2B is a simplified circuit diagram showing current flow in each of a plurality of periods [1] to [4]. The inductance Ls is shown divided into the ideal transformer TI. Further, in the circuit of FIG. 2B, the current flowing in each period is indicated by dark solid arrows.

(スイッチング期間)
まず、[1]の期間は、FET1がオン状態で、FET2がオフ状態の期間である(図2(A)(a)、(b))。平滑用コンデンサC3からトランスT1の一次巻線P1に電流が流れることで、トランスT1のリーケージインダクタンスLr及び励磁インダクタンスLsにエネルギーが蓄えられる。このとき、FET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧はほぼゼロであり(図2(A)(c))、FET1に流れるドレイン電流は直線的に増加する(図2(A)(d))。
(switching period)
First, period [1] is a period in which FET1 is on and FET2 is off (FIGS. 2(A)(a) and (b)). Energy is accumulated in the leakage inductance Lr and the exciting inductance Ls of the transformer T1 by the current flowing from the smoothing capacitor C3 to the primary winding P1 of the transformer T1. At this time, the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 is almost zero (FIGS. 2(A)(c)), and the drain current flowing through FET1 increases linearly (FIGS. 2(A)(d)). .

次に、[2]の期間は、FET1及びFET2がともにオフ状態の期間、即ちデッドタイムの期間である(図2(A)(a)、(b))。FET1をオフすると、トランスT1の一次巻線P1に流れていた電流は、共振コンデンサC11を充電するように流れる。そして、共振コンデンサC11が充電されるにつれて、FET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧は上昇する(図2(A)(c))。FET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧が電圧クランプ用のコンデンサC2の+端子の電圧を上回ると、トランスT1の一次巻線P1に流れていた電流は、ダイオードD2を介して電圧クランプ用のコンデンサC2を充電するように流れ始める。これにより、リーケージインダクタンスLrによるキックバック電圧は、電圧クランプ用のコンデンサC2によって吸収されるため、FET1のドレイン端子-ソース端子間に印加されるサージ電圧を抑制できる。また、FET2のドレイン端子-ソース端子間の電圧はほぼゼロとなるため、この状態で[3]の期間に移行してFET2をオンすると、FET2のゼロ電圧スイッチングを実現することができる。 Next, period [2] is a period in which both FET1 and FET2 are in an OFF state, that is, a period of dead time (FIGS. 2(A)(a) and (b)). When the FET1 is turned off, the current flowing through the primary winding P1 of the transformer T1 flows so as to charge the resonance capacitor C11. Then, as the resonance capacitor C11 is charged, the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 rises (FIG. 2(A)(c)). When the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 exceeds the voltage of the + terminal of the voltage clamping capacitor C2, the current flowing through the primary winding P1 of the transformer T1 is transferred to the voltage clamping capacitor via the diode D2. It begins to flow to charge C2. As a result, the kickback voltage due to the leakage inductance Lr is absorbed by the voltage clamping capacitor C2, so that the surge voltage applied between the drain terminal and the source terminal of the FET1 can be suppressed. In addition, since the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET2 becomes almost zero, turning on FET2 in this state during period [3] realizes zero voltage switching of FET2.

ここで、[2]の期間は、FET1をオフしてから、FET2のドレイン端子-ソース端子間の電圧がほぼゼロになるまでの時間とほぼ同等、又はやや長めに設定するとよい。[2]の期間が長いと、ダイオードD2に流れる期間が長くなるため、その分無駄な電力が消費される。一方、[2]の期間が短いと、FET2のドレイン端子-ソース端子間の電圧がゼロになる前にFET2をオンすることになるため、ゼロ電圧スイッチングができず、やはり無駄な電力が消費される。したがって、[2]の期間を適切な値に設定することで、消費電力を抑制することができる。 Here, the period [2] should be set substantially equal to or slightly longer than the time from when FET1 is turned off until the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET2 becomes substantially zero. If the period of [2] is long, the period in which the current flows through the diode D2 is lengthened, resulting in wasted power consumption. On the other hand, if the period [2] is short, the FET2 is turned on before the voltage between the drain terminal and the source terminal of the FET2 becomes zero, so zero voltage switching cannot be performed and power is wasted. be. Therefore, power consumption can be suppressed by setting the period [2] to an appropriate value.

続いて、[3]の期間は、FET2がオン状態で、FET1がオフ状態の期間である(図2(A)(a)、(b))。FET2がオンすると、ダイオードD2を介して電圧クランプ用のコンデンサC2を充電していた電流が、FET2を介して流れるようになる。電圧クランプ用のコンデンサC2の電圧が上昇すると、二次側のダイオードD21がオン状態となり、トランスT1の二次巻線S1を介して、スイッチング電源回路100の二次側に電力が供給される状態になる。 Subsequently, the period [3] is a period in which the FET2 is on and the FET1 is off (FIGS. 2(A)(a) and (b)). When the FET2 is turned on, the current charging the voltage clamping capacitor C2 through the diode D2 starts to flow through the FET2. When the voltage of the voltage clamping capacitor C2 rises, the diode D21 on the secondary side is turned on, and power is supplied to the secondary side of the switching power supply circuit 100 via the secondary winding S1 of the transformer T1. become.

ここで、図2(A)(e)に示すFET2のドレイン電流において、点線で示した波形は、トランスT1の励磁インダクタンスLsを流れる励磁電流を示しており、直線的に減少している。なお、この励磁インダクタンスLsを流れる励磁電流と理想トランスTIを流れる電流の和が、FET2のドレイン電流となる。また、理想トランスTIを流れる電流は、ダイオードD21に流れる電流(図2(A)(f))と相似形となる。 Here, in the drain current of the FET 2 shown in FIGS. 2A and 2E, the waveform indicated by the dotted line indicates the excitation current flowing through the excitation inductance Ls of the transformer T1, which decreases linearly. The sum of the exciting current flowing through the exciting inductance Ls and the current flowing through the ideal transformer TI is the drain current of the FET2. Also, the current flowing through the ideal transformer TI has a similar shape to the current flowing through the diode D21 (FIG. 2(A)(f)).

また、[3]の期間は、二次側に電力が供給されていない[3]OFFの期間と、二次側に電力が供給されている[3]ONの期間から構成されている。[3]OFFの期間では、主に電圧クランプ用のコンデンサC2とトランスT1のリーケージインダクタンスLr及び励磁インダクタンスLsとの共振動作によって、FET2に電流が流れる。一方、[3]ONの期間では、主に電圧クランプ用のコンデンサC2とトランスT1のリーケージインダクタンスLrとの共振動作によって、FET2に電流が流れる。リーケージインダクタンスLrのインダクタンス値は励磁インダクタンスLsに比べて小さい。そのため、[3]ONの期間における共振周波数は、[3]OFFの期間における共振周波数に比べて高くなる。 The period [3] is composed of [3] OFF period during which power is not supplied to the secondary side and [3] ON period during which power is supplied to the secondary side. [3] During the OFF period, a current flows through the FET2 mainly due to the resonance operation of the voltage clamping capacitor C2 and the leakage inductance Lr and exciting inductance Ls of the transformer T1. On the other hand, during the [3] ON period, a current flows through the FET2 mainly due to the resonance operation of the voltage clamping capacitor C2 and the leakage inductance Lr of the transformer T1. The inductance value of the leakage inductance Lr is smaller than the excitation inductance Ls. Therefore, the resonance frequency during the [3] ON period is higher than the resonance frequency during the [3] OFF period.

トランスT1の励磁インダクタンスLsを流れる励磁電流がゼロになることは、励磁インダクタンスLsに蓄積されたエネルギーは全て解放された状態であることを意味する。その後も、FET2をオンし続けると、それまでとは逆に、電圧クランプ用のコンデンサC2から励磁インダクタンスLsに向かって電流が流れ始め、励磁インダクタンスLsには逆相のエネルギーが蓄積されることになる。 Zeroing of the exciting current flowing through the exciting inductance Ls of the transformer T1 means that all the energy accumulated in the exciting inductance Ls is released. If the FET2 continues to be turned on thereafter, a current begins to flow from the voltage clamping capacitor C2 toward the magnetizing inductance Ls, and opposite-phase energy is accumulated in the magnetizing inductance Ls. Become.

続いて、[4]の期間は、再びFET1及びFET2がともにオフの状態の期間、即ちデッドタイムの期間である。FET2をオフすると、トランスT1の一次巻線P1に流れていた電流は、共振コンデンサC11に充電された電荷を放電するように流れる。共振コンデンサC11が放電されるにつれて、FET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧は減少する(図2(A)(c))。FET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧がゼロを下回ると、トランスT1の一次巻線P1に流れていた電流は、ダイオードD1を介して平滑用コンデンサC3に回生される。この状態で[1]の期間に戻り、FET1をオンすると、FET1のゼロ電圧スイッチングを実現することができる。[4]の期間においても、前述した[2]の期間と同様に、FET2をオフしてからFET1のドレイン-ソース電圧がほぼゼロになるまでの時間とほぼ同等、又はやや長めに設定することで、消費電力を抑制することができる。 Subsequently, the period [4] is a period in which both FET1 and FET2 are off again, that is, a period of dead time. When the FET2 is turned off, the current flowing through the primary winding P1 of the transformer T1 flows so as to discharge the charge charged in the resonance capacitor C11. As the resonance capacitor C11 is discharged, the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 decreases (FIG. 2(A)(c)). When the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 falls below zero, the current flowing through the primary winding P1 of the transformer T1 is regenerated to the smoothing capacitor C3 via the diode D1. By returning to period [1] in this state and turning on FET1, zero voltage switching of FET1 can be realized. In the period [4], similarly to the period [2] described above, the time from when the FET2 is turned off until the drain-source voltage of the FET1 becomes almost zero, or set to be slightly longer. can reduce power consumption.

以上説明したように、本実施例におけるスイッチング電源であるアクティブクランプ方式を用いたフライバック電源装置は、[1]の期間から[4]の期間における制御を繰り返す。これにより、リーケージインダクタンスLrによるサージ電圧を抑制しつつ、FET1及びFET2のゼロ電圧スイッチングを行って、二次側に電力供給を行うことができる。ところで、上述したスイッチング電源回路100は、[1]の期間から[4]の期間を繰り返す連続動作状態で動作している。一般的なスイッチング電源回路では、FET1及びFET2が交互にスイッチング動作するスイッチング期間と、FET1及びFET2両方のスイッチングを停止する期間であるスイッチング停止期間(第二の期間)とを設けた間欠動作が行われる。すなわち、スイッチング電源回路を間欠動作させることで、連続動作時よりも電力変換効率を向上させることができる。しかしながら、間欠動作状態では、電源電圧Voutにリップルが生じるため、出力電力が小さいときに限り間欠動作状態とするのが一般的である。本実施例のアクティブクランプ方式を用いたフライバック電源装置においても、間欠動作状態を設定することで電力変換効率を向上させることは可能である。 As described above, the flyback power supply device using the active clamp system, which is the switching power supply in this embodiment, repeats the control from period [1] to period [4]. As a result, it is possible to perform zero-voltage switching of FET1 and FET2 while suppressing the surge voltage due to the leakage inductance Lr, thereby supplying power to the secondary side. By the way, the switching power supply circuit 100 described above operates in a continuous operation state in which periods [1] to [4] are repeated. In a general switching power supply circuit, an intermittent operation is performed in which a switching period in which FET1 and FET2 perform switching operations alternately and a switching stop period (second period) in which switching of both FET1 and FET2 is stopped is provided. will be That is, by intermittently operating the switching power supply circuit, it is possible to improve the power conversion efficiency compared to continuous operation. However, in the intermittent operation state, ripples occur in the power supply voltage Vout, so it is common to set the intermittent operation state only when the output power is small. Even in the flyback power supply device using the active clamp method of this embodiment, it is possible to improve the power conversion efficiency by setting the intermittent operation state.

[2つの共振コンデンサを並列に接続した場合の効果]
図2では、図1のFET12をオフ状態に設定し、FET1に共振コンデンサC11だけを並列に接続した場合の回路動作波形について説明した。次に、FET12をオン状態に設定して、FET1に2つの共振コンデンサC11、C12が並列に接続されたときの効果について説明する。図3(A)は、FET1及びFET2の各端子の電圧波形及び電流波形、及びFET12をオンした場合とオフした場合のスイッチング損失を示した図であり、前述した複数の期間[1]~[4]に分けて示している。図3(A)において、(a)はFET1のゲート端子への入力信号である制御信号DRV-Lの状態を示すFET1のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図である。(b)はFET2のゲート端子への入力信号である制御信号DRV-Hの状態を示すFET2のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図であり、(c)はFET1のドレイン電流を示す図である。
[Effect of Connecting Two Resonant Capacitors in Parallel]
In FIG. 2, the circuit operation waveforms when the FET 12 of FIG. Next, the effect when the FET12 is set to the ON state and the two resonance capacitors C11 and C12 are connected in parallel to the FET1 will be described. FIG. 3A is a diagram showing the voltage waveform and current waveform at each terminal of FET1 and FET2, and the switching loss when FET12 is turned on and off. 4]. In FIG. 3A, (a) is a diagram showing the voltage between the gate terminal and the source terminal of FET1, which indicates the state of the control signal DRV-L, which is the input signal to the gate terminal of FET1. (b) is a diagram showing the voltage between the gate terminal and the source terminal of FET2 indicating the state of the control signal DRV-H, which is the input signal to the gate terminal of FET2, and (c) is a diagram showing the drain current of FET1. is.

(d)はFET1のドレイン端子とソース端子間の電圧を示す図であり、(e)はFET1でのスイッチング損失を示す図であり、(f)はFET2でのスイッチング損失を示す図である。なお、(d)~(f)は、FET12がオフの場合、すなわちFET1に共振コンデンサC11だけが並列に接続されている場合の波形を示している。(g)はFET1のドレイン端子とソース端子間の電圧を示す図であり、(h)はFET1でのスイッチング損失を示す図であり、(i)はFET2でのスイッチング損失を示す図である。(g)~(i)は、FET12がオンの場合、すなわちFET1に共振コンデンサC11、C12が並列に接続されている場合の波形を示している。なお、横軸は、いずれも時間を示す。また、期間[1]~[4]における動作波形については、上述した動作波形と同様であり、ここでの説明は省略する。 (d) is a diagram showing the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1, (e) is a diagram showing switching loss in FET1, and (f) is a diagram showing switching loss in FET2. (d) to (f) show the waveforms when FET12 is off, that is, when only resonance capacitor C11 is connected in parallel to FET1. (g) is a diagram showing the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1, (h) is a diagram showing switching loss in FET1, and (i) is a diagram showing switching loss in FET2. (g) to (i) show waveforms when the FET12 is on, that is, when the resonant capacitors C11 and C12 are connected in parallel to the FET1. Note that the horizontal axis indicates time. Also, the operation waveforms in periods [1] to [4] are the same as the operation waveforms described above, and descriptions thereof are omitted here.

FET12がオンされると、FET1に並列に接続される共振コンデンサの容量は、FET12がオフの場合に比べて増加する。そのため、FET1をオン状態からオフ状態へ移行する際の、FET12がオン状態の場合のFET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧の上昇速度(図3(A)(g))は、FET12がオフ状態の場合の上昇速度(図3(A)(d))と比べて遅くなる。これにより、FET1の電圧×電流の積分値である損失エネルギー、すなわちスイッチング損失は、FET12がオン状態のときの方(図3(A)(h))がオフ状態のとき(図3(A)(e))よりも小さくなる。同様に、FET2をオン状態からオフ状態へ移行する際の、FET12がオン状態の場合のFET2のドレイン端子-ソース端子間の電圧の下降速度(図3(A)(g))は、FET12がオフ状態の場合の下降速度(図3(A)(d))と比べて遅くなる。これにより、FET2のスイッチング損失は、FET12がオン状態のときの方(図3(A)(i))がオフ状態のとき(図3(A)(f))よりも小さくなる。このスイッチング損失は、スイッチング周期毎に発生するものであるため、間欠動作時よりも連続動作時の方がスイッチング損失は大きいことになる。 When FET12 is turned on, the capacitance of the resonance capacitor connected in parallel with FET1 increases compared to when FET12 is turned off. Therefore, the rate of increase of the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 when FET12 is in the ON state when FET1 is switched from the ON state to the OFF state (FIG. 3(A)(g)) is As compared with the rising speed in the state (FIG. 3(A)(d)), it becomes slower. As a result, the loss energy, which is the integrated value of the voltage x current of the FET1, that is, the switching loss is greater when the FET12 is in the ON state (Fig.3(A)(h)) than when it is in the OFF state (Fig.3(A) (e)). Similarly, when the FET 2 is switched from the ON state to the OFF state, the drop speed of the voltage between the drain terminal and the source terminal of the FET 2 when the FET 12 is in the ON state (FIG. 3 (A) (g)) is It is slower than the descending speed in the off state (FIGS. 3(A)(d)). As a result, the switching loss of the FET2 is smaller when the FET12 is on ((A)(i) in FIG. 3) than when it is off ((A)(f) in FIG. 3). Since this switching loss occurs in each switching cycle, the switching loss is greater during continuous operation than during intermittent operation.

一方、スイッチング電源回路100がスイッチング動作を開始したときは、共振コンデンサC11に電荷が蓄電されている。そのため、FET1をオンさせたときには、充電電荷に相当するエネルギー、すなわち(1/2×共振コンデンサC11の容量×Vin×Vin)により算出されるエネルギーが全てスイッチング損失となる。図3(B)は、スイッチング電源回路100のスイッチング動作を開始したときの回路波形を示した図である。図3(B)において、(a)は制御信号DRV-Lの状態を示すFET1のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図であり、(b)は制御信号DRV-Hの状態を示すFET2のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図である。また、(c)はFET1のドレイン端子とソース端子間の電圧を示す図である。上述したスイッチング電源回路100がスイッチング動作を開始したときのタイミングとは、図3(B)の[0]のタイミングをいう。このとき、FET12がオン状態であると、更に共振コンデンサC12に充電されている電荷分のエネルギー、すなわち(1/2×共振コンデンサC12の容量×Vin×Vin)もスイッチング損失となる。しかしながら、このスイッチング損失はスイッチング動作開始時にのみ発生する損失であるため、スイッチング電源回路100が連続動作状態の場合には、ほぼ無視できる損失である。そのため、本実施例では、スイッチング電源回路100では、連続動作状態時にはFET12をオンし、間欠動作状態時にはFET12をオフするように、制御部101はFET12を制御することとする。 On the other hand, when the switching power supply circuit 100 starts switching operation, electric charge is stored in the resonance capacitor C11. Therefore, when the FET1 is turned on, the energy corresponding to the charge, that is, the energy calculated by (1/2*capacitance of resonance capacitor C11*Vin*Vin) becomes switching loss. FIG. 3B is a diagram showing circuit waveforms when the switching operation of the switching power supply circuit 100 is started. In FIG. 3B, (a) is a diagram showing the voltage between the gate terminal and the source terminal of FET1 indicating the state of the control signal DRV-L, and (b) is a diagram showing the state of the control signal DRV-H. is a diagram showing the voltage between the gate terminal and the source terminal of the . Also, (c) is a diagram showing the voltage between the drain terminal and the source terminal of the FET1. The timing when the switching power supply circuit 100 described above starts the switching operation refers to timing [0] in FIG. 3B. At this time, if the FET 12 is in the ON state, the energy corresponding to the charge charged in the resonance capacitor C12, that is, (1/2*capacitance of the resonance capacitor C12*Vin*Vin) also becomes a switching loss. However, since this switching loss occurs only at the start of the switching operation, the loss can be almost ignored when the switching power supply circuit 100 is in continuous operation. Therefore, in this embodiment, in the switching power supply circuit 100, the controller 101 controls the FET 12 so that the FET 12 is turned on in the continuous operation state and turned off in the intermittent operation state.

[出力電力と電力変換効率との関係]
図4は、FET12がオン状態の場合とオフ状態の場合のそれぞれについて、スイッチング電源回路100から負荷に供給される出力電力と電力変換効率との関係を表したグラフである。図4において、縦軸は電力変換効率[%]を示し、横軸はスイッチング電源回路100の出力電力[W]を示す。また、太い実線はFET12がオン状態の場合の出力電力と電力変換効率との関係を表すグラフであり、細い実線はFET12がオフ状態の場合の出力電力と電力変換効率との関係を表すグラフである。また、スイッチング電源回路100は、図4に示す破線よりも出力電力が大きい場合には連続動作状態とし、破線よりも出力電力が小さい場合には間欠動作状態としている。図4より、連続動作状態時にはFET12をオン状態に設定し、間欠動作状態時にはFET12をオフ状態に設定することで、連続動作状態時、間欠動作状態時ともに低損失のスイッチング電源回路を実現することができる。
[Relationship between output power and power conversion efficiency]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the output power supplied to the load from the switching power supply circuit 100 and the power conversion efficiency when the FET 12 is on and off. In FIG. 4 , the vertical axis indicates the power conversion efficiency [%], and the horizontal axis indicates the output power [W] of the switching power supply circuit 100 . The thick solid line is a graph showing the relationship between the output power and the power conversion efficiency when the FET 12 is on, and the thin solid line is a graph showing the relationship between the output power and the power conversion efficiency when the FET 12 is off. be. The switching power supply circuit 100 is in a continuous operation state when the output power is higher than the dashed line shown in FIG. 4, and is in an intermittent operation state when the output power is lower than the dashed line. As shown in FIG. 4, by setting the FET 12 to the ON state in the continuous operation state and setting the FET 12 to the OFF state in the intermittent operation state, a low-loss switching power supply circuit can be realized in both the continuous operation state and the intermittent operation state. can be done.

[共振コンデンサの切替タイミング]
次に、共振コンデンサC11、C12とFET1との接続を切り替えるFET12による切替タイミングについて、図5を用いて説明する。図5は、FET1、FET2及びFET12における電圧波形、共振コンデンサの容量、スイッチング電源回路100の動作状態を示した図であり、横軸は時間を示す。図5において、(a)は制御信号DRV-Lの状態を示すFET1のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図であり、(b)は制御信号DRV-Hの状態を示すFET2のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図である。(c)はFET1のドレイン端子とソース端子間の電圧を示す図であり、(d)は、FET12のゲート端子への入力信号である制御信号DRV-Cの状態を示すFET12のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図である。(e)はFET1に並列に接続された共振コンデンサの容量状態(共振コン小、共振コン大)を示す図であり、(f)はスイッチング電源回路100の動作状態(連続動作、間欠動作)を示す図である。
[Resonant Capacitor Switching Timing]
Next, the switching timing of the FET12 that switches the connection between the resonant capacitors C11 and C12 and the FET1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing voltage waveforms in FET1, FET2, and FET12, capacitances of resonant capacitors, and operating states of the switching power supply circuit 100, where the horizontal axis indicates time. In FIG. 5, (a) shows the voltage between the gate terminal and the source terminal of FET1 showing the state of the control signal DRV-L, and (b) shows the gate terminal of FET2 showing the state of the control signal DRV-H. and a voltage between the source terminals. (c) is a diagram showing the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1, and (d) is a diagram showing the state of the control signal DRV-C, which is the input signal to the gate terminal of FET12. It is a figure which shows the voltage between terminals. (e) is a diagram showing the capacity state (resonance capacitor small, resonance capacitor large) of the resonance capacitor connected in parallel to the FET 1, and (f) shows the operation state (continuous operation, intermittent operation) of the switching power supply circuit 100. FIG. 4 is a diagram showing;

まず、スイッチング電源回路100が間欠動作状態のとき(図5(f))には、出力電力が小さいため、スイッチング損失を小さくするため、制御部101からFET12に出力される制御信号DRV-Cはローレベル状態(図5(d))である。その後、動作状態が間欠動作から連続動作に遷移すると(図5(f))、FET1をオン後のFET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧がゼロの期間中に、制御部101は、制御信号DRV-Cの状態をハイレベルに切り替える(図5(d))。FET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧がゼロでないときに制御信号DRV-Cの状態をローレベルからハイレベルに切り替えると、共振コンデンサC12に急激な突入電流が流れ込む。その結果、ノイズが発生してスイッチング電源回路100が誤動作を引き起こしたり、共振コンデンサC11の充電電圧が低下してスイッチング動作が不安定になったりする。そのため、FET12のオン・オフの切替は、FET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧がゼロのときに行うことが望ましい。 First, when the switching power supply circuit 100 is in an intermittent operation state (FIG. 5(f)), the output power is small. This is the low level state (FIG. 5(d)). After that, when the operation state transitions from intermittent operation to continuous operation (FIG. 5(f)), during the period when the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 after turning on FET1 is zero, the control unit 101 outputs the control signal The state of DRV-C is switched to high level (FIG. 5(d)). If the state of the control signal DRV-C is switched from low level to high level when the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 is not zero, a sudden rush current flows into the resonance capacitor C12. As a result, noise is generated, causing the switching power supply circuit 100 to malfunction, or the charging voltage of the resonance capacitor C11 is lowered to make the switching operation unstable. Therefore, it is desirable to turn on/off the FET12 when the voltage between the drain terminal and the source terminal of the FET1 is zero.

続いて、制御部101は、スイッチング電源回路100を連続動作から再び間欠動作に遷移させる(図5(f))。そして、制御部101は、FET1とFET2両方のスイッチング動作が停止した後に(図5(a)、(b))、制御信号DRV-Cをハイレベル状態からローレベル状態に切り替える(図5(d))。制御信号DRV-Cをハイレベルからローレベルに切り替えるタイミングは、FET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧が安定しているときが望ましい。また、制御信号DRV-Cの切替が常にFET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧がゼロになるタイミングとなるような簡易的な制御を優先するならば、次のようなタイミングで切り替えてもよい。すなわち、スイッチング電源回路100が連続動作から間欠動作に遷移する直前の、FET1がオン状態でFET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧がゼロの期間に、制御信号DRV-Cをハイレベルからローレベルに切り替えてもよい。ところで、この切替制御は、スイッチング電源回路100が連続動作状態から間欠動作状態へ遷移する直前に、1回だけ共振コンデンサ容量が小さい状態でスイッチングしてしまう。そのため、スイッチング損失が、その分若干生じる点に注意する必要がある。 Subsequently, the control unit 101 causes the switching power supply circuit 100 to transition from the continuous operation to the intermittent operation again (FIG. 5(f)). Then, after the switching operations of both FET1 and FET2 are stopped ((a) and (b) in FIG. 5), the control unit 101 switches the control signal DRV-C from the high level state to the low level state ((d) in FIG. 5). )). The timing of switching the control signal DRV-C from high level to low level is preferably when the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 is stable. Further, if priority is given to simple control such that the switching of the control signal DRV-C is always the timing at which the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 becomes zero, the switching may be performed at the following timing. . That is, immediately before the switching power supply circuit 100 transitions from continuous operation to intermittent operation, the control signal DRV-C is changed from the high level to the low level during the period in which the FET1 is in the ON state and the voltage between the drain terminal and the source terminal of the FET1 is zero. You can switch to By the way, in this switching control, the switching power supply circuit 100 performs switching in a state where the capacity of the resonance capacitor is small only once immediately before the switching power supply circuit 100 transitions from the continuous operation state to the intermittent operation state. Therefore, it is necessary to pay attention to the fact that a slight switching loss occurs accordingly.

以上のように、スイッチング電源回路は、動作状態が連続動作状態と間欠動作状態とに応じて、共振コンデンサの容量を適切なタイミングで切り替える。これにより、スイッチング電源回路は、安定したスイッチング動作を維持しつつ、出力電力が小さいときから大きいときまで、高い電力変換効率を実現することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、アクティブクランプ方式の電源装置における電力効率を改善することができる。
As described above, the switching power supply circuit switches the capacitance of the resonance capacitor at appropriate timing depending on whether the operating state is the continuous operating state or the intermittent operating state. As a result, the switching power supply circuit can realize high power conversion efficiency from when the output power is small to when it is large while maintaining stable switching operation.
As described above, according to this embodiment, it is possible to improve the power efficiency in the active clamp type power supply device.

実施例1では、スイッチング動作が間欠動作状態、又は連続動作状態に応じて、FET12を制御して、共振コンデンサの容量の切替を行った。実施例2では、スイッチング電源回路が負荷に供給する目標電圧がDC(直流)24VかDC5Vかに応じて、FET12のオン・オフを制御する実施例について説明する。 In Example 1, the capacitance of the resonance capacitor is switched by controlling the FET 12 depending on whether the switching operation is intermittent or continuous. In a second embodiment, an embodiment will be described in which the FET 12 is controlled to turn on and off depending on whether the target voltage supplied to the load by the switching power supply circuit is 24 VDC (direct current) or 5 VDC.

[電源装置の構成]
図6は、実施例2のアクティブクランプ方式を用いたスイッチング電源回路200の概略を示す回路図である。実施例1の図1のスイッチング電源回路100と比べて、図6のスイッチング電源回路200では、負荷に供給する電源電圧Voutである目標電圧を切り替える目標電圧切替部117が追加されている。
[Configuration of power supply]
FIG. 6 is a schematic circuit diagram of a switching power supply circuit 200 using an active clamp method according to the second embodiment. Compared to the switching power supply circuit 100 of the first embodiment shown in FIG. 1, the switching power supply circuit 200 shown in FIG.

指示手段である目標電圧切替部117は、外部から入力される24VSL信号の状態に応じて、電源電圧Voutを切り替えるための切替指示信号として、制御部101の24SL端子にハイレベル又はローレベルを入力する。スイッチング電源回路200が電源電圧Voutとして、第二の電圧であるDC24V電圧を出力する場合には、ハイレベルの24VSL信号が入力される。一方、電源電圧Voutとして第一の電圧であるDC5V電圧を出力する場合には、ローレベルの24VSL信号が入力される。24VSL信号がハイレベル状態の場合には、FET71がオン状態となり、抵抗R71を介してフォトカプラPC7の二次側ダイオードに電流が流れる。その結果、フォトカプラPC7の一次側フォトトランジスタがオンし、コンデンサC7に充電された電荷が放電され、制御部101の24SL端子の入力電圧はローレベルの状態になる。一方、24VSL信号がローレベル状態の場合には、FET71はオフ状態となり、フォトカプラPC7の二次側ダイオードは非導通状態となり、電流は流れなくなる。その結果、フォトカプラPC7の一次側フォトトランジスタはオフ状態となり、電源電圧V1から、抵抗R1を介してコンデンサC7には電荷が充電され、制御部101の24SL端子の入力電圧はハイレベルの状態になる。そして、制御部101は24SL端子の入力電圧に応じて、目標電圧がDC24VかDC5Vかを検知する。なお、抵抗R72は電流制限抵抗である。 The target voltage switching unit 117, which is an instruction unit, inputs a high level or low level to the 24SL terminal of the control unit 101 as a switching instruction signal for switching the power supply voltage Vout according to the state of the 24VSL signal input from the outside. do. When the switching power supply circuit 200 outputs a DC 24V voltage, which is the second voltage, as the power supply voltage Vout, a high-level 24VSL signal is input. On the other hand, when outputting the DC 5V voltage, which is the first voltage, as the power supply voltage Vout, a low-level 24VSL signal is input. When the 24VSL signal is in a high level state, the FET71 is turned on, and a current flows through the secondary diode of the photocoupler PC7 via the resistor R71. As a result, the primary-side phototransistor of the photocoupler PC7 is turned on, the electric charge stored in the capacitor C7 is discharged, and the input voltage of the 24SL terminal of the control section 101 becomes low level. On the other hand, when the 24VSL signal is in the low level state, the FET71 is turned off, the secondary diode of the photocoupler PC7 is turned off, and no current flows. As a result, the primary-side phototransistor of the photocoupler PC7 is turned off, the capacitor C7 is charged from the power supply voltage V1 through the resistor R1, and the input voltage of the 24SL terminal of the control unit 101 becomes high level. Become. Then, the control unit 101 detects whether the target voltage is DC24V or DC5V according to the input voltage of the 24SL terminal. A resistor R72 is a current limiting resistor.

また、図6では、フィードバック部115の分圧抵抗R54に並列に接続されたFET51が追加され、FET51のゲート端子とドレイン端子との間には抵抗R55が接続されている。24VSL信号は、フィードバック部115のFET51のゲート端子にも入力されている。24VSL信号がハイレベルの場合には、FET51がオン状態になり、分圧抵抗R54はショート(短絡)された状態となる。そのため、シャントレギュレータIC5のREF端子に入力される電圧は、出力電圧Voutを分圧抵抗R52、R53により分圧された電圧となる。その結果、シャントレギュレータIC5の基準電圧の電源電圧Voutに対する分圧比が下がり、電源電圧VoutにはDC24Vが出力されるように、フィードバック部115が動作する状態となる。一方、24VSL信号がローレベルの場合には、FET51がオフ状態になり、分圧抵抗R53と分圧抵抗R54が直列に接続される。そのため、シャントレギュレータIC5のREF端子に入力される電圧は、出力電圧Voutを分圧抵抗R52、R53、R54により分圧された電圧となる。その結果、シャントレギュレータIC5の基準電圧の電源電圧Voutに対する分圧比が上がり、電源電圧VoutにはDC5Vが出力されるように、フィードバック部115が動作する状態となる。このように、フィードバック部115では、電源電圧Voutが切り替えられると、分圧抵抗の組合せを変えることにより、分圧抵抗値を電源電圧Voutに応じた抵抗値に切り替える。これにより、フィードバック部115からは、スイッチング電源回路200から電力が供給される負荷の状態が、制御部101のFB端子電圧として通知されることになる。 Further, in FIG. 6, an FET51 connected in parallel to the voltage dividing resistor R54 of the feedback section 115 is added, and a resistor R55 is connected between the gate terminal and the drain terminal of the FET51. The 24VSL signal is also input to the gate terminal of the FET 51 of the feedback section 115 . When the 24VSL signal is at a high level, the FET51 is turned on and the voltage dividing resistor R54 is shorted. Therefore, the voltage input to the REF terminal of the shunt regulator IC5 is the voltage obtained by dividing the output voltage Vout by the voltage dividing resistors R52 and R53. As a result, the voltage dividing ratio of the reference voltage of the shunt regulator IC5 to the power supply voltage Vout decreases, and the feedback section 115 operates so that 24V DC is output to the power supply voltage Vout. On the other hand, when the 24VSL signal is low level, the FET51 is turned off, and the voltage dividing resistors R53 and R54 are connected in series. Therefore, the voltage input to the REF terminal of the shunt regulator IC5 is the voltage obtained by dividing the output voltage Vout by the voltage dividing resistors R52, R53, and R54. As a result, the voltage division ratio of the reference voltage of the shunt regulator IC5 to the power supply voltage Vout increases, and the feedback section 115 operates so that 5V DC is output to the power supply voltage Vout. In this way, when the power supply voltage Vout is switched, the feedback unit 115 switches the voltage dividing resistance value to a resistance value corresponding to the power supply voltage Vout by changing the combination of the voltage dividing resistances. As a result, the state of the load to which power is supplied from the switching power supply circuit 200 is notified from the feedback section 115 as the FB terminal voltage of the control section 101 .

上述したように、間欠動作状態の場合には、連続動作状態に比べて電力変換効率が高いが、出力電力の変動による電源電圧Voutの変動が大きいため、間欠動作状態は、出力電力の変動が大きい場合には向いていない。そのため、スイッチング電源回路200は、出力電力変動が大きい目標電圧がDC24Vのときは常に連続動作状態とする。一方、出力電力変動が小さくかつ求められる電力変換効率が高い目標電圧がDC5Vのときは、スイッチング電源回路200は、出力電力に応じて、連続動作状態と間欠動作状態を切り替えるようにする。 As described above, in the intermittent operation state, the power conversion efficiency is higher than in the continuous operation state. Not suitable for large cases. Therefore, the switching power supply circuit 200 is always in the continuous operation state when the target voltage is DC 24V, which has a large output power fluctuation. On the other hand, when the target voltage at which output power fluctuation is small and the required power conversion efficiency is high is DC 5V, the switching power supply circuit 200 switches between the continuous operation state and the intermittent operation state according to the output power.

[共振コンデンサの切替]
図7は、FET12がオン状態の場合とオフ状態の場合のそれぞれについて、スイッチング電源回路200が負荷に供給する出力電力と電力変換効率との関係を表したグラフである。図7(A)は目標電圧がDC24Vの場合、図7(B)は目標電圧がDC5Vの場合を示している。図7(A)、(B)において、縦軸は電力変換効率[%]を示し、横軸はスイッチング電源回路200の出力電力[W]を示す。また、図7(A)、(B)において、太い実線はFET12がオン状態の場合の出力電力と電力変換効率との関係を表すグラフであり、細い実線はFET12がオフ状態の場合の出力電力と電力変換効率との関係を表すグラフである。目標電圧がDC24Vの場合には、スイッチング電源回路200は、連続動作状態となる。一方、目標電圧がDC5Vの場合には、スイッチング電源回路200は、図7(B)に示す破線よりも出力電力が大きい場合には連続動作状態となり、破線よりも出力電力が小さい場合には間欠動作状態となる。
[Resonance capacitor switching]
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the output power supplied to the load by the switching power supply circuit 200 and the power conversion efficiency when the FET 12 is on and off. FIG. 7A shows a case where the target voltage is 24V DC, and FIG. 7B shows a case where the target voltage is 5V DC. 7A and 7B, the vertical axis indicates the power conversion efficiency [%], and the horizontal axis indicates the output power [W] of the switching power supply circuit 200. FIG. 7A and 7B, the thick solid line is a graph showing the relationship between the output power and the power conversion efficiency when the FET 12 is on, and the thin solid line is the output power when the FET 12 is off. 4 is a graph showing the relationship between , and power conversion efficiency. When the target voltage is DC24V, the switching power supply circuit 200 is in a continuous operation state. On the other hand, when the target voltage is 5V DC, the switching power supply circuit 200 enters a continuous operation state when the output power is greater than the dashed line shown in FIG. It becomes operational.

図7(A)では、FET12がオン状態の場合には、オフ状態の場合に比べて、出力電力の全範囲において、出力電力に対する電力変換効率が高いことを示している。そのため、目標電圧がDC24Vのときは、常に連続動作状態のため、FET12は常にオン状態に設定した方がよい。一方、目標電圧がDC5Vのときは、間欠動作状態のときはFET12をオフし、連続動作状態のときはFET12をオンするべきである。しかしながら、間欠動作状態と連続動作状態が頻繁に切り替わる場合は、FET12の制御が複雑になる。そのため、目標電圧がDC5Vで、出力電圧が大きいときに要求される電力変換効率がそれほど高くない場合は、連続動作状態であってもFET12をオフしておく方が、簡易な制御で済むことになる。そこで、本実施例では、目標電圧がDC24Vの場合にはFET12をオンし、目標電圧が5Vの場合にはFET12をオフするように、制御部101はFET12を制御する。 FIG. 7A shows that when the FET 12 is on, the power conversion efficiency with respect to the output power is higher over the entire range of output power than when it is off. Therefore, when the target voltage is 24 VDC, the FET 12 should always be set to the ON state because it is always in the continuous operation state. On the other hand, when the target voltage is 5V DC, the FET 12 should be turned off in the intermittent operation state and turned on in the continuous operation state. However, if the intermittent operation state and the continuous operation state are frequently switched, the control of the FET 12 becomes complicated. Therefore, if the target voltage is DC5V and the required power conversion efficiency is not so high when the output voltage is high, it is easier to control by turning off the FET 12 even in the continuous operation state. Become. Therefore, in this embodiment, the control unit 101 controls the FET 12 so that the FET 12 is turned on when the target voltage is DC 24V, and is turned off when the target voltage is 5V.

続いて、FET12のオン・オフの切替タイミングについて、図8を用いて説明する。図8は、FET1、FET2及びFET12における電圧波形、24VSL信号の状態、共振コンデンサの容量、スイッチング電源回路200の動作状態を示した図であり、横軸は時間を示す。図8において、(a)は制御信号DRV-Lの状態を示すFET1のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図であり、(b)は制御信号DRV-Hの状態を示すFET2のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図である。(c)はFET1のドレイン端子とソース端子間の電圧を示す図であり、(d)は、FET12のゲート端子への入力信号である制御信号DRV-Cの状態を示すFET12のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図である。(e)は、24VSL信号の状態(ハイレベル、ローレベル)を示す図であり、(f)はFET1に並列に接続された共振コンデンサの容量状態を示す図であり、(g)はスイッチング電源回路200の目標電圧(5V、24V)を示す図である。 Next, the ON/OFF switching timing of the FET 12 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing voltage waveforms in FET1, FET2 and FET12, the state of the 24VSL signal, the capacity of the resonant capacitor, and the operating state of the switching power supply circuit 200, with the horizontal axis representing time. In FIG. 8, (a) shows the voltage between the gate terminal and the source terminal of FET1 indicating the state of the control signal DRV-L, and (b) shows the gate terminal of FET2 indicating the state of the control signal DRV-H. and a voltage between the source terminals. (c) is a diagram showing the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1, and (d) is a diagram showing the state of the control signal DRV-C, which is the input signal to the gate terminal of FET12. It is a figure which shows the voltage between terminals. (e) is a diagram showing the state (high level, low level) of the 24VSL signal, (f) is a diagram showing the capacity state of the resonance capacitor connected in parallel to FET1, (g) is a switching power supply FIG. 4 is a diagram showing target voltages (5V, 24V) of circuit 200;

本実施例においても、実施例1と同様に、FET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧がゼロのときに、FET12のオン・オフ状態を切り替えることが望ましい。まず、目標電圧がDC5Vの状態で動作しているとき(図8(g))には、制御信号DRV-Cはローレベル(図8(d))、24VSL信号もローレベル(図8(e))となっている。そして、24VSL信号がローレベルからハイレベルに切り替わると(図8(e))、制御部101は、目標電圧をDC5VからDC24Vに切り替える(図8(g))。その後、FET1をオンし、FET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧がゼロの期間中に、制御部101はFET12に出力する制御信号DRV-Cをローレベルからハイレベルに切り替える(図8(d))。一方、24VSL信号がハイレベルからローレベルに切り替わる(図8(e))と、制御部101は、目標電圧をDC24VからDC5Vに切り替える(図8(g))。その後、FET1をオンし、FET1のドレイン端子-ソース端子間の電圧がゼロである期間中に、制御部101はFET12に出力する制御信号DRV-Cをハイレベルからローレベルに切り替える(図8(d))。 Also in this embodiment, as in the first embodiment, it is desirable to switch the on/off state of the FET 12 when the voltage between the drain terminal and the source terminal of the FET 1 is zero. First, when the target voltage is 5V DC ((g) in FIG. 8), the control signal DRV-C is at low level ((d) in FIG. 8) and the 24VSL signal is also at low level ((e) in FIG. 8). )). Then, when the 24VSL signal switches from low level to high level (FIG. 8(e)), the control unit 101 switches the target voltage from DC 5V to DC 24V (FIG. 8(g)). After that, the FET1 is turned on, and during the period when the voltage between the drain terminal and the source terminal of the FET1 is zero, the control unit 101 switches the control signal DRV-C output to the FET12 from low level to high level (Fig. 8 (d )). On the other hand, when the 24VSL signal switches from high level to low level (FIG. 8(e)), the control unit 101 switches the target voltage from DC 24V to DC 5V (FIG. 8(g)). After that, FET1 is turned on, and during a period in which the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 is zero, the control unit 101 switches the control signal DRV-C output to the FET12 from high level to low level (FIG. 8 ( d)).

以上のように、目標電圧に応じて共振コンデンサの容量を切り替えることで、スイッチング電源回路200は、簡易な制御で安定したスイッチング動作を維持しつつ、出力電力が小さいときから大きいときまで高い電力変換効率を有することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、アクティブクランプ方式の電源装置における電力効率を改善することができる。
As described above, by switching the capacitance of the resonance capacitor according to the target voltage, the switching power supply circuit 200 maintains a stable switching operation with simple control, and achieves high power conversion from when the output power is small to when it is large. can have efficiency.
As described above, according to this embodiment, it is possible to improve the power efficiency in the active clamp type power supply device.

実施例2では、スイッチング電源回路が負荷に供給する目標電圧がDC(直流)24VかDC5Vかに応じて、FET12のオン・オフを制御して、共振コンデンサの容量の切替を行った。実施例3では、実施例2の構成におけるFET12のオン・オフするタイミングが特徴的な実施例について説明する。 In Example 2, the FET 12 is controlled to turn on/off depending on whether the target voltage supplied to the load by the switching power supply circuit is 24V DC (direct current) or 5V DC, thereby switching the capacity of the resonance capacitor. Embodiment 3 describes an embodiment characterized by the ON/OFF timing of the FET 12 in the configuration of Embodiment 2. FIG.

まず、共振コンデンサの容量の違いによる、FET1のドレイン端子とソース端子間の電圧波形の違いについて、図9を用いて説明する。図9(a)は共振コンデンサ容量小(FET12がオフ状態)且つ電源電圧Voutが5Vのとき、図9(b)は共振コンデンサ容量小且つ電源電圧Voutが24Vのときの波形である。また、図9(c)は共振コンデンサ容量大(FET12がオン状態)且つ電源電圧Voutが5Vのとき、図9(d)は共振コンデンサ容量大且つ電源電圧Voutが24Vのときの波形である。FET1がオフすると、FET1のドレイン端子とソース端子間の電圧はクランプコンデンサC2に充電されている電圧まで上昇しクランプされる。しかしながら、実際は、パターンの抵抗成分やインダクタンス成分の影響によるサージ電圧(図9の破線内部)が発生し、これがクランプコンデンサC2に充電されている電圧(図9の太線部)に重畳される。サージ電圧は、FET1のドレイン端子とソース端子間の電圧が上昇する速度=DV/DTの大きさに依存する。DV/DTが大きいとサージ電圧は大きくなり、逆にDV/DTが小さいとサージ電圧は小さくなる。DV/DTは共振コンデンサの容量に依存する。共振コンデンサの容量が小さいと、FET1がオフした時に共振コンデンサに速く充電されるため、DV/DTが大きくなり、図9(a)(b)のようにサージ電圧も大きくなる。逆に共振コンデンサの容量が大きいと、DV/DTが小さくなり、図9(c)(d)のようにサージ電圧も小さくなる。 First, the difference in voltage waveform between the drain terminal and the source terminal of FET1 due to the difference in capacitance of the resonant capacitor will be described with reference to FIG. 9A shows waveforms when the resonance capacitor is small (FET 12 is off) and the power supply voltage Vout is 5V, and FIG. 9B shows waveforms when the resonance capacitor is small and the power supply voltage Vout is 24V. FIG. 9(c) shows the waveform when the resonance capacitor capacity is large (FET 12 is on) and the power supply voltage Vout is 5V, and FIG. 9(d) shows the waveform when the resonance capacitor capacity is large and the power supply voltage Vout is 24V. When the FET1 is turned off, the voltage between the drain terminal and the source terminal of the FET1 rises to the voltage charged in the clamp capacitor C2 and is clamped. However, in reality, a surge voltage (inside the dashed line in FIG. 9) is generated due to the influence of the resistance and inductance components of the pattern, and is superimposed on the voltage charged in the clamp capacitor C2 (the thick line in FIG. 9). The surge voltage depends on the rate of increase of the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1=DV/DT. If the DV/DT is large, the surge voltage will be large, and conversely, if the DV/DT is small, the surge voltage will be small. DV/DT depends on the capacitance of the resonant capacitor. If the capacity of the resonance capacitor is small, the resonance capacitor is charged quickly when the FET1 is turned off, so DV/DT increases and the surge voltage also increases as shown in FIGS. 9(a) and 9(b). Conversely, when the capacity of the resonance capacitor is large, DV/DT becomes small, and the surge voltage also becomes small as shown in FIGS. 9(c) and 9(d).

ところで、クランプコンデンサC2に充電されている電圧VC2は、入力電圧Vinと電源電圧Voutを使って、次の(式1)で表される。

Figure 0007140572000001
ここで、NrはトランスT1の1次巻線P1の巻数NP1と2次巻線S1の巻数NS1の比(NP1/NS1)である。(式1)より、クランプコンデンサC2に充電されている電圧VC2は、電源電圧Voutに比例する。即ち、目標電圧が5Vのときより24Vのときの方が、クランプコンデンサC2に充電されている電圧VC2は大きくなる。 By the way, the voltage VC2 charged in the clamp capacitor C2 is expressed by the following (Equation 1) using the input voltage Vin and the power supply voltage Vout.
Figure 0007140572000001
Here, Nr is the ratio (NP1/NS1) of the number of turns NP1 of the primary winding P1 of the transformer T1 and the number of turns NS1 of the secondary winding S1. From (Equation 1), the voltage VC2 charged in the clamp capacitor C2 is proportional to the power supply voltage Vout. That is, the voltage VC2 charged in the clamp capacitor C2 is higher when the target voltage is 24V than when the target voltage is 5V.

FET1のドレイン端子とソース端子間に印加される電圧は、上述した通り、クランプコンデンサC2に充電されている電圧にサージ電圧を加えた電圧である。従って、FET1のドレイン端子とソース端子間に印加される電圧は、共振コンデンサ容量大且つ電源電圧Voutが5Vのとき(図9(c))が最も小さく、共振コンデンサ容量小且つ電源電圧Voutが24Vのとき(図9(b))が最も大きい。 The voltage applied between the drain terminal and the source terminal of FET1 is, as described above, a voltage obtained by adding the surge voltage to the voltage charged in the clamp capacitor C2. Therefore, the voltage applied between the drain terminal and the source terminal of FET1 is the smallest when the resonance capacitor capacity is large and the power supply voltage Vout is 5 V (FIG. 9(c)). (FIG. 9(b)) is the largest.

本実施例においては、電源電圧Voutが5Vのときは共振コンデンサ容量小(図9(a))、電源電圧Voutが24Vのときは共振コンデンサ容量大(図9(d))となるよう制御される。 In this embodiment, when the power supply voltage Vout is 5V, the resonance capacitor capacity is small (Fig. 9(a)), and when the power supply voltage Vout is 24V, the resonance capacitor capacity is large (Fig. 9(d)). be.

目標電圧を切り替えるときのFET12のオン・オフの切替タイミングについて、図10及び図11を用いて説明する。 The ON/OFF switching timing of the FET 12 when switching the target voltage will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG.

図10、図11において、(a)はFET1のドレイン端子とソース端子間の電圧を示す図であり、(b)は、FET12のゲート端子への入力信号である制御信号DRV-Cの状態を示すFET12のゲート端子とソース端子間の電圧を示す図である。(c)は、24VSL信号の状態(ハイレベル、ローレベル)を示す図であり、(d)は電源電圧Voutを示す図である。(e)はFET1に並列に接続された共振コンデンサの容量状態を示す図であり、(f)はスイッチング電源回路200の目標電圧(5V、24V)を示す図である。(g)は電源電圧Voutの制御状態、即ち、電源電圧Voutが安定して目標電圧に制御されている制御状態(通常制御)、若しくは、電源電圧Voutが目標電圧に達しておらず目標電圧に近づいている制御状態(切替制御)を示す図である。なお、本実施例における通常制御とは、これまで説明した通り、FB端子電圧を検知することで電源電圧Voutを目標電圧に制御している状態を示している。一方切替制御とは、FB端子電圧に関係なく、電源電圧Voutを徐々に変化させる制御をしている状態を示している。 10 and 11, (a) shows the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1, and (b) shows the state of the control signal DRV-C, which is the input signal to the gate terminal of FET12. FIG. 4 is a diagram showing the voltage between the gate and source terminals of the FET 12 shown. (c) is a diagram showing the state (high level, low level) of the 24VSL signal, and (d) is a diagram showing the power supply voltage Vout. (e) is a diagram showing the capacitance state of a resonance capacitor connected in parallel to FET 1, and (f) is a diagram showing target voltages (5V, 24V) of the switching power supply circuit 200. FIG. (g) is the control state of the power supply voltage Vout, that is, the control state (normal control) in which the power supply voltage Vout is stably controlled to the target voltage, or the power supply voltage Vout has not reached the target voltage and has reached the target voltage. It is a figure which shows the approaching control state (switching control). It should be noted that the normal control in this embodiment indicates a state in which the power supply voltage Vout is controlled to the target voltage by detecting the FB terminal voltage, as described above. On the other hand, switching control indicates a state in which control is performed to gradually change the power supply voltage Vout regardless of the FB terminal voltage.

図10は電源電圧Voutを5Vから24Vに切り替える際の各動作を、図11は電源電圧Voutを24Vから5Vに切り替える際の各動作を示した図である。 10 is a diagram showing each operation when switching the power supply voltage Vout from 5V to 24V, and FIG. 11 is a diagram showing each operation when switching the power supply voltage Vout from 24V to 5V.

まず、目標電圧がDC5Vの状態で動作しているとき(図10(f))には、制御信号DRV-Cはローレベル(図10(b))、24VSL信号もローレベル(図10(c))となっている。このときのFET1のドレイン端子とソース端子間には、大きなサージ電圧が印加されている(図10(a))。24VSL信号がローレベルからハイレベルに切り替わると(図10(c))、制御部101は、目標電圧をDC5VからDC24Vに切り替える(図10(f))。電源電圧Voutの制御状態は通常制御から切替制御に切り替わり(図10(g))、電源電圧Voutは上昇を開始する(図10(d))。その後、FET1のドレイン端子とソース端子間の電圧がゼロの期間中に、制御部101はFET12に出力する制御信号DRV-Cをローレベルからハイレベルに切り替える(図10(b))。これにより、共振コンデンサ容量は小から大に切り替わり(図10(e))、FET1のドレイン端子とソース端子間に印加されるサージ電圧は小さくなる(図10(a))。やがて電源電圧Voutが目標電圧であるDC24Vに到達すると(図10(d))、電源電圧Voutの制御状態は通常制御に戻る(図10(g))。ここで、電源電圧Voutの制御状態が切替制御に移行後できるだけ早いタイミングで、FET12に出力する制御信号DRV-Cを切り替えると、FET1のドレイン端子とソース端子間に印加される電圧を低く抑えられる。 First, when operating with the target voltage of 5V DC (FIG. 10(f)), the control signal DRV-C is at low level (FIG. 10(b)) and the 24VSL signal is also at low level (FIG. 10(c)). )). At this time, a large surge voltage is applied between the drain terminal and the source terminal of FET1 (FIG. 10(a)). When the 24VSL signal switches from low level to high level (FIG. 10(c)), the control section 101 switches the target voltage from DC5V to DC24V (FIG. 10(f)). The control state of the power supply voltage Vout switches from normal control to switching control (FIG. 10(g)), and the power supply voltage Vout starts to rise (FIG. 10(d)). After that, while the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 is zero, the control section 101 switches the control signal DRV-C output to the FET12 from low level to high level (FIG. 10(b)). As a result, the capacitance of the resonant capacitor is switched from small to large (FIG. 10(e)), and the surge voltage applied between the drain terminal and the source terminal of FET1 is reduced (FIG. 10(a)). When the power supply voltage Vout eventually reaches the target voltage of 24 VDC (FIG. 10(d)), the control state of the power supply voltage Vout returns to normal control (FIG. 10(g)). Here, if the control signal DRV-C to be output to the FET 12 is switched at the earliest timing after the control state of the power supply voltage Vout shifts to switching control, the voltage applied between the drain terminal and the source terminal of the FET 1 can be kept low. .

一方、24VSL信号がハイレベルからローレベルに切り替わる(図11(c))と、制御部101は、目標電圧をDC24VからDC5Vに切り替える(図11(f))。電源電圧Voutの制御状態は再び切替制御に切り替わり(図11(g))、電源電圧Voutは下降を開始する(図11(d))。やがて電源電圧Voutが目標電圧であるDC5Vに到達すると(図11(d))、電源電圧Voutの制御状態は通常制御に戻る(図11(g))。ここまで、FET1のドレイン端子とソース端子間に印加されるサージ電圧は小さい状態が継続される(図11(a))。その後、FET1のドレイン端子とソース端子間の電圧がゼロである期間中に、制御部101はFET12に出力する制御信号DRV-Cをハイレベルからローレベルに切り替える(図11(b))。これにより、共振コンデンサ容量は大から小に切り替わり(図11(e))、FET1のドレイン端子とソース端子間に印加されるサージ電圧は大きくなる(図11(a))。ここで、電源電圧Voutの制御状態が通常制御に戻った後に、FET12に出力する制御信号DRV-Cを切り替えると、FET1のドレイン端子とソース端子間に印加される電圧を低く抑えられる。 On the other hand, when the 24VSL signal switches from high level to low level (FIG. 11(c)), the control section 101 switches the target voltage from DC24V to DC5V (FIG. 11(f)). The control state of the power supply voltage Vout switches again to switching control (FIG. 11(g)), and the power supply voltage Vout starts to drop (FIG. 11(d)). When the power supply voltage Vout eventually reaches the target voltage of DC 5V (FIG. 11(d)), the control state of the power supply voltage Vout returns to normal control (FIG. 11(g)). Up to this point, the surge voltage applied between the drain terminal and the source terminal of FET1 continues to be small (FIG. 11(a)). After that, while the voltage between the drain terminal and the source terminal of FET1 is zero, the control section 101 switches the control signal DRV-C output to the FET12 from high level to low level (FIG. 11(b)). As a result, the capacitance of the resonant capacitor changes from large to small (FIG. 11(e)), and the surge voltage applied between the drain terminal and the source terminal of FET1 increases (FIG. 11(a)). Here, by switching the control signal DRV-C output to FET12 after the control state of the power supply voltage Vout returns to normal control, the voltage applied between the drain terminal and the source terminal of FET1 can be kept low.

以上のように、目標電圧をDC5VからDC24Vに切り替える際に電源電圧Voutの制御状態が切替制御に移行後なるべく早く共振コンデンサの容量を小から大に切り替え、目標電圧をDC24VからDC5Vに切り替える際に電源電圧Voutの制御状態が切替制御から通常制御に移行後に共振コンデンサの容量を大から小に切り替えることで、FET1のドレイン端子とソース端子間に印加される電圧を最小に抑えられる。即ち、FET1に低耐電圧のFETを使用することが可能となる。 As described above, when the target voltage is switched from DC5V to DC24V, the capacity of the resonance capacitor is switched from small to large as soon as possible after the control state of the power supply voltage Vout shifts to switching control, and the target voltage is switched from DC24V to DC5V. By switching the capacity of the resonance capacitor from large to small after the control state of the power supply voltage Vout shifts from switching control to normal control, the voltage applied between the drain terminal and the source terminal of FET1 can be minimized. In other words, it becomes possible to use an FET with a low withstand voltage as the FET1.

スイッチング電源回路200は、簡易な制御で安定したスイッチング動作を維持しつつ、出力電力が小さいときから大きいときまで高い電力変換効率を有し、且つ、FET1のコストダウンが可能となる。
以上説明したように、本実施例によれば、アクティブクランプ方式の電源装置における電力効率を改善することができる。
The switching power supply circuit 200 maintains a stable switching operation with simple control, has high power conversion efficiency from when the output power is small to high, and can reduce the cost of the FET 1 .
As described above, according to this embodiment, it is possible to improve the power efficiency in the active clamp type power supply device.

実施例1、2、3で説明した電源装置であるスイッチング電源回路は、例えば画像形成装置の低圧電源、すなわちコントローラ(制御部)やモータ等の駆動部へ電力を供給する電源として適用可能である。以下に、実施例1、2、3の電源装置が適用される画像形成装置の構成を説明する。 The switching power supply circuit, which is the power supply device described in Embodiments 1, 2, and 3, can be applied, for example, as a low-voltage power supply for an image forming apparatus, that is, as a power supply for supplying electric power to a driving unit such as a controller (control unit) or a motor. . The configuration of an image forming apparatus to which the power supply devices of Embodiments 1, 2, and 3 are applied will be described below.

[画像形成装置の構成]
画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタを例にあげて説明する。図12に電子写真方式のプリンタの一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ300は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム311、感光ドラム311を一様に帯電する帯電部317(帯電手段)、感光ドラム311に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部312(現像手段)を備えている。そして、感光ドラム311に現像されたトナー像をカセット316から供給された記録材としてのシート(不図示)に転写部318(転写手段)によって転写して、シートに転写したトナー像を定着器314で定着してトレイ315に排出する。この感光ドラム311、帯電部317、現像部312、転写部318が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ300は、実施例1、2、3で説明した電源装置500を備えている。なお、実施例1、2、3の電源装置500を適用可能な画像形成装置は、図12に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム311上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像をシートに転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。
[Configuration of Image Forming Apparatus]
A laser beam printer will be described as an example of an image forming apparatus. FIG. 12 shows a schematic configuration of a laser beam printer, which is an example of an electrophotographic printer. The laser beam printer 300 includes a photosensitive drum 311 as an image carrier on which an electrostatic latent image is formed, a charging section 317 (charging means) that uniformly charges the photosensitive drum 311 , and an electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 311 . A developing section 312 (developing means) for developing an image with toner is provided. Then, the toner image developed on the photosensitive drum 311 is transferred to a sheet (not shown) as a recording material supplied from a cassette 316 by a transfer unit 318 (transfer means), and the toner image transferred to the sheet is transferred to a fixing device 314 . , and is discharged to the tray 315 . The photosensitive drum 311, charging section 317, developing section 312, and transfer section 318 constitute an image forming section. The laser beam printer 300 also includes the power supply device 500 described in the first, second, and third embodiments. Note that the image forming apparatus to which the power supply device 500 of Embodiments 1, 2, and 3 can be applied is not limited to the one illustrated in FIG. 12, and may be an image forming apparatus including a plurality of image forming units, for example. Furthermore, the image forming apparatus may include a primary transfer section that transfers the toner image on the photosensitive drum 311 to the intermediate transfer belt, and a secondary transfer section that transfers the toner image on the intermediate transfer belt to a sheet.

レーザビームプリンタ300は、画像形成部による画像形成動作や、シートの搬送動作を制御するコントローラ320を備えており、実施例1、2、3に記載の電源装置500は、例えばコントローラ320に電力を供給する。また、実施例1、2、3に記載の電源装置500は、感光ドラム311を回転するため、又はシートを搬送する各種ローラ等を駆動するためのモータ等の駆動部に電力を供給する。本実施例の電源装置500が実施例1のスイッチング電源回路100である場合、制御部101は、FB端子電圧に基づいて、負荷へ供給する出力電力の状態を検知し、間欠動作状態又は連続動作状態に切り替える。この場合、実施例1で説明したように、制御部101は、動作状態が連続動作状態又は間欠動作状態に応じて、共振コンデンサの容量を適切なタイミングで切り替える。これにより、スイッチング電源回路100は、安定したスイッチング動作を維持しつつ、出力電力が小さいときから大きいときまで、高い電力変換効率を実現することができる。 The laser beam printer 300 includes a controller 320 that controls the image forming operation of the image forming unit and the sheet conveying operation. supply. Further, the power supply device 500 described in the first, second, and third embodiments supplies power to a drive unit such as a motor for rotating the photosensitive drum 311 or driving various rollers for conveying sheets. When the power supply device 500 of the present embodiment is the switching power supply circuit 100 of the first embodiment, the control unit 101 detects the state of the output power supplied to the load based on the FB terminal voltage, and detects the state of intermittent operation or continuous operation. switch to state. In this case, as described in the first embodiment, the control unit 101 switches the capacitance of the resonance capacitor at appropriate timing depending on whether the operating state is the continuous operating state or the intermittent operating state. As a result, the switching power supply circuit 100 can realize high power conversion efficiency from when the output power is small to when the output power is large while maintaining stable switching operation.

また、本実施例の画像形成装置は、通常動作モード、スタンバイモード又はスリープモードで動作することが可能となっている。スタンバイモードは、画像形成動作を行う通常動作モードよりも消費する電力を低減させつつ、印刷指示を受信したらすぐに画像形成動作を実施できる状態となるモードである。スリープモードは、スタンバイモードより更に消費する電力を低減させた状態となるモードである。電源装置500が実施例2、3のスイッチング電源回路200である場合、コントローラ320は、スイッチング電源回路200に24VSL信号を出力する。スイッチング電源回路200では、実施例2、3で説明したように、制御部101は、24SL端子の入力電圧及びFB端子電圧に基づいて、目標電圧をDC24V又はDC5Vに切り替えるとともに、間欠動作状態又は連続動作状態に切り替える。この場合、実施例2、3で説明したように、制御部101は、目標電圧に応じて、共振コンデンサの容量を適切なタイミングで切り替える。これにより、スイッチング電源回路200は、簡易な制御で安定したスイッチング動作を維持しつつ、出力電力が小さいときから大きいときまで高い電力変換効率を実現することができる。 Also, the image forming apparatus of this embodiment can operate in a normal operation mode, a standby mode, or a sleep mode. The standby mode is a mode in which the image forming operation can be performed as soon as a print instruction is received while reducing the power consumption compared to the normal operation mode in which the image forming operation is performed. The sleep mode is a mode in which power consumption is further reduced than in the standby mode. When the power supply device 500 is the switching power supply circuit 200 of the second and third embodiments, the controller 320 outputs the 24VSL signal to the switching power supply circuit 200 . In the switching power supply circuit 200, as described in the second and third embodiments, the control unit 101 switches the target voltage to DC24V or DC5V based on the input voltage of the 24SL terminal and the FB terminal voltage, and switches the target voltage to an intermittent operation state or a continuous operation state. Switch to working state. In this case, as described in the second and third embodiments, the control unit 101 switches the capacitance of the resonance capacitor at appropriate timing according to the target voltage. As a result, the switching power supply circuit 200 can realize high power conversion efficiency from when the output power is small to when the output power is large while maintaining stable switching operation with simple control.

以上説明したように、本実施例によれば、アクティブクランプ方式の電源装置における電力効率を改善することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to improve the power efficiency in the active clamp type power supply device.

C11 共振コンデンサ
C12 共振コンデンサ
T トランス
1 FET
2 FET
12 FET
101 制御部
115 フィードバック部
C11 resonance capacitor C12 resonance capacitor T transformer 1 FET
2 FETs
12 FETs
101 control unit 115 feedback unit

Claims (17)

一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、
前記トランスの前記一次巻線に直列に接続された第一のスイッチング素子と、
前記第一のスイッチング素子と並列に接続された共振コンデンサ部と、
前記トランスの前記一次巻線に並列に接続された第二のスイッチング素子と、
前記第二のスイッチング素子に直列に接続され、前記第二のスイッチング素子とともに前記トランスの前記一次巻線に並列に接続されたコンデンサと、
前記トランスの前記二次巻線に誘起された電圧を整流平滑した出力電圧に応じた情報を出力するフィードバック手段と、
前記フィードバック手段から入力された前記情報に基づいて、第一の制御信号により前記第一のスイッチング素子のオン又はオフを制御し、第二の制御信号により前記第二のスイッチング素子のオン又はオフを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子をともにオフさせるデッドタイムを挟んで前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を交互にオン又はオフさせるスイッチング動作を行う期間を繰り返す連続動作と、前記スイッチング動作を行う期間と前記スイッチング動作を停止させる期間とを交互に繰り返す間欠動作と、を行うことが可能である電源装置であって、
前記共振コンデンサ部は、第一の共振コンデンサと、第二の共振コンデンサと、前記第二の共振コンデンサに直列に接続された第三のスイッチング素子と、を有し、
前記第二の共振コンデンサ及び前記第三のスイッチング素子は、前記第一の共振コンデンサと並列に接続され、
前記制御手段は、前記連続動作時には前記第三のスイッチング素子をオンし、前記間欠動作時には前記第三のスイッチング素子をオフし、前記間欠動作から前記連続動作に移行した後に前記第一のスイッチング素子をオンしている状態のときに前記第三のスイッチング素子をオフからオンに切り替えることを特徴とする電源装置。
a transformer having a primary winding and a secondary winding;
a first switching element connected in series with the primary winding of the transformer;
a resonant capacitor unit connected in parallel with the first switching element;
a second switching element connected in parallel to the primary winding of the transformer;
a capacitor connected in series with the second switching element and connected in parallel with the primary winding of the transformer together with the second switching element;
feedback means for outputting information according to an output voltage obtained by rectifying and smoothing the voltage induced in the secondary winding of the transformer;
Based on the information input from the feedback means, a first control signal controls ON or OFF of the first switching element, and a second control signal controls ON or OFF of the second switching element. a control means for controlling;
with
The control means alternately turns on or off the first switching element and the second switching element with a dead time for turning off both the first switching element and the second switching element. A power supply device capable of performing a continuous operation that repeats a period of performing the switching operation and an intermittent operation that alternately repeats a period of performing the switching operation and a period of stopping the switching operation,
The resonance capacitor section has a first resonance capacitor, a second resonance capacitor, and a third switching element connected in series with the second resonance capacitor,
the second resonant capacitor and the third switching element are connected in parallel with the first resonant capacitor;
The control means turns on the third switching element during the continuous operation, turns off the third switching element during the intermittent operation, and turns on the first switching element after transition from the intermittent operation to the continuous operation. is turned on, the third switching element is switched from off to on .
前記制御手段は、前記フィードバック手段から出力された前記情報に基づいて、前記連続動作又は前記間欠動作を行うことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 2. The power supply apparatus according to claim 1, wherein said control means performs said continuous operation or said intermittent operation based on said information output from said feedback means. 前記制御手段は、前記連続動作から前記間欠動作に移行した後の、前記第一のスイッチング素子をオンしている状態若しくはオフしている状態のときに前記第三のスイッチング素子をオンからオフに切り替えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電源装置。 The control means turns off the third switching element after the transition from the continuous operation to the intermittent operation, when the first switching element is in the ON state or in the OFF state. 3. The power supply device according to claim 1, wherein switching is performed. 一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、a transformer having a primary winding and a secondary winding;
前記トランスの前記一次巻線に直列に接続された第一のスイッチング素子と、a first switching element connected in series with the primary winding of the transformer;
前記第一のスイッチング素子と並列に接続された共振コンデンサ部と、a resonant capacitor unit connected in parallel with the first switching element;
前記トランスの前記一次巻線に並列に接続された第二のスイッチング素子と、a second switching element connected in parallel to the primary winding of the transformer;
前記第二のスイッチング素子に直列に接続され、前記第二のスイッチング素子とともに前記トランスの前記一次巻線に並列に接続されたコンデンサと、a capacitor connected in series with the second switching element and connected in parallel with the primary winding of the transformer together with the second switching element;
前記トランスの前記二次巻線に誘起された電圧を整流平滑した出力電圧に応じた情報を出力するフィードバック手段と、feedback means for outputting information according to an output voltage obtained by rectifying and smoothing the voltage induced in the secondary winding of the transformer;
前記フィードバック手段から入力された前記情報に基づいて、第一の制御信号により前記第一のスイッチング素子のオン又はオフを制御し、第二の制御信号により前記第二のスイッチング素子のオン又はオフを制御する制御手段と、Based on the information input from the feedback means, a first control signal controls ON or OFF of the first switching element, and a second control signal controls ON or OFF of the second switching element. a control means for controlling;
を備え、with
前記制御手段は、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子をともにオフさせるデッドタイムを挟んで前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を交互にオン又はオフさせるスイッチング動作を行う期間を繰り返す連続動作と、前記スイッチング動作を行う期間と前記スイッチング動作を停止させる期間とを交互に繰り返す間欠動作と、を行うことが可能である電源装置であって、The control means alternately turns on or off the first switching element and the second switching element with a dead time for turning off both the first switching element and the second switching element. A power supply device capable of performing a continuous operation that repeats a period of performing the switching operation and an intermittent operation that alternately repeats a period of performing the switching operation and a period of stopping the switching operation,
前記共振コンデンサ部は、第一の共振コンデンサと、第二の共振コンデンサと、前記第二の共振コンデンサに直列に接続された第三のスイッチング素子と、を有し、The resonance capacitor section has a first resonance capacitor, a second resonance capacitor, and a third switching element connected in series with the second resonance capacitor,
前記第二の共振コンデンサ及び前記第三のスイッチング素子は、前記第一の共振コンデンサと並列に接続され、the second resonant capacitor and the third switching element are connected in parallel with the first resonant capacitor;
前記制御手段は、前記連続動作時には前記第三のスイッチング素子をオンし、前記間欠動作時には前記第三のスイッチング素子をオフし、前記連続動作から前記間欠動作に移行した後の、前記第一のスイッチング素子をオンしている状態若しくはオフしている状態のときに前記第三のスイッチング素子をオンからオフに切り替えることを特徴とする電源装置。The control means turns on the third switching element during the continuous operation, turns off the third switching element during the intermittent operation, and turns off the first switching element after the continuous operation transitions to the intermittent operation. A power supply device, wherein the third switching element is switched from on to off when the switching element is on or off.
前記第一のスイッチング素子は、電界効果トランジスタであることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電源装置。5. The power supply device according to claim 1, wherein said first switching element is a field effect transistor. 記録材に画像形成を行う画像形成手段と、an image forming means for forming an image on a recording material;
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電源装置と、A power supply device according to any one of claims 1 to 5;
を備えることを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus comprising:
一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、
前記トランスの前記一次巻線に直列に接続された第一のスイッチング素子と、
前記第一のスイッチング素子と並列に接続された共振コンデンサ部と、
前記トランスの前記一次巻線に並列に接続された第二のスイッチング素子と、
前記第二のスイッチング素子に直列に接続され、前記第二のスイッチング素子とともに前記トランスの前記一次巻線に並列に接続されたコンデンサと、
前記トランスの前記二次巻線に誘起された電圧を整流平滑した出力電圧に応じた情報を出力するフィードバック手段と、
前記フィードバック手段から入力された前記情報に基づいて、第一の制御信号により前記第一のスイッチング素子のオン又はオフを制御し、第二の制御信号により前記第二のスイッチング素子のオン又はオフを制御する制御手段と、
外部からの信号に応じて、前記出力電圧の目標電圧を第一の電圧、又は前記第一の電圧よりも高い第二の電圧に切り替えるように指示する指示手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子をともにオフさせるデッドタイムを挟んで前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を交互にオン又はオフさせるスイッチング動作を行う期間を繰り返す連続動作と、前記スイッチング動作を行う期間と前記スイッチング動作を停止させる期間とを交互に繰り返す間欠動作と、を行うことが可能であり、
前記制御手段は、前記目標電圧を前記指示手段からの指示に応じて切り替えることが可能である電源装置であって、
前記共振コンデンサ部は、第一の共振コンデンサと、第二の共振コンデンサと、前記第二の共振コンデンサに直列に接続された第三のスイッチング素子と、を有し、
前記第二の共振コンデンサ及び前記第三のスイッチング素子は、前記第一の共振コンデンサと並列に接続され、
前記制御手段は、前記目標電圧が前記第二の電圧の場合には前記第三のスイッチング素子をオンし、前記目標電圧が前記第一の電圧の場合には前記第三のスイッチング素子をオフすることを特徴とする電源装置。
a transformer having a primary winding and a secondary winding;
a first switching element connected in series with the primary winding of the transformer;
a resonant capacitor unit connected in parallel with the first switching element;
a second switching element connected in parallel to the primary winding of the transformer;
a capacitor connected in series with the second switching element and connected in parallel with the primary winding of the transformer together with the second switching element;
feedback means for outputting information according to an output voltage obtained by rectifying and smoothing the voltage induced in the secondary winding of the transformer;
Based on the information input from the feedback means, a first control signal controls ON or OFF of the first switching element, and a second control signal controls ON or OFF of the second switching element. a control means for controlling;
instruction means for instructing switching of the target voltage of the output voltage to a first voltage or a second voltage higher than the first voltage in response to a signal from the outside;
with
The control means alternately turns on or off the first switching element and the second switching element with a dead time for turning off both the first switching element and the second switching element. a continuous operation that repeats a period of performing the switching operation, and an intermittent operation that alternately repeats a period of performing the switching operation and a period of stopping the switching operation,
The control means is a power supply device capable of switching the target voltage according to an instruction from the instruction means,
The resonance capacitor section has a first resonance capacitor, a second resonance capacitor, and a third switching element connected in series with the second resonance capacitor,
the second resonant capacitor and the third switching element are connected in parallel with the first resonant capacitor;
The control means turns on the third switching element when the target voltage is the second voltage, and turns off the third switching element when the target voltage is the first voltage. A power supply device characterized by:
前記制御手段は、前記目標電圧が前記第二の電圧の場合には前記連続動作を行い、前記目標電圧が前記第一の電圧の場合には、前記フィードバック手段から出力される前記情報に基づいて前記連続動作又は前記間欠動作を行うことを特徴とする請求項に記載の電源装置。 The control means performs the continuous operation when the target voltage is the second voltage, and based on the information output from the feedback means when the target voltage is the first voltage. 8. The power supply device according to claim 7 , wherein said continuous operation or said intermittent operation is performed. 前記フィードバック手段は、前記出力電圧を分圧する、複数の分圧抵抗を有し、
前記分圧抵抗の抵抗値は、前記目標電圧に応じて切り替えられることを特徴とする請求項又は請求項に記載の電源装置。
the feedback means has a plurality of voltage dividing resistors for dividing the output voltage;
9. The power supply device according to claim 7 , wherein the resistance value of said voltage dividing resistor is switched according to said target voltage.
前記制御手段は、前記目標電圧を前記第一の電圧から前記第二の電圧に切り替えた後に、前記第一のスイッチング素子をオンしている状態のときに、前記第三のスイッチング素子をオフからオンに切り替えることを特徴とする請求項から請求項のいずれか1項に記載の電源装置。 After switching the target voltage from the first voltage to the second voltage, the control means switches the third switching element from off when the first switching element is on. 10. A power supply device according to any one of claims 7 to 9 , characterized in that it is switched on. 前記制御手段は、前記指示手段が前記目標電圧を前記第一の電圧から前記第二の電圧に切り替えてから、前記出力電圧が前記第二の電圧に達するまでの間に、前記第三のスイッチング素子をオフからオンに切り替えることを特徴とする請求項10に記載の電源装置。 The control means controls the third switching after the instruction means switches the target voltage from the first voltage to the second voltage until the output voltage reaches the second voltage. 11. The power supply of claim 10 , wherein the device switches from off to on. 前記制御手段は、前記目標電圧を前記第二の電圧から前記第一の電圧に切り替えた後に前記第一のスイッチング素子をオンしている状態のときに、前記第三のスイッチング素子をオンからオフに切り替えることを特徴とする請求項から請求項11のいずれか1項に記載の電源装置。 The control means turns off the third switching element from on when the first switching element is on after switching the target voltage from the second voltage to the first voltage. 12. The power supply device according to any one of claims 7 to 11 , wherein the power supply device switches to . 前記制御手段は、前記指示手段が前記目標電圧を前記第二の電圧から前記第一の電圧に切り替えてから、前記出力電圧が前記第一の電圧に達するまでの間に、前記第三のスイッチング素子をオンすることを特徴とする請求項12に記載の電源装置。 The control means controls the third switching after the instruction means switches the target voltage from the second voltage to the first voltage until the output voltage reaches the first voltage. 13. The power supply according to claim 12 , which turns on the element. 前記第一のスイッチング素子は、電界効果トランジスタであることを特徴とする、請求項から請求項13のいずれか1項に記載の電源装置。 14. The power supply device according to any one of claims 7 to 13 , wherein said first switching element is a field effect transistor. 記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
請求項から請求項14のいずれか1項に記載の電源装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
an image forming means for forming an image on a recording material;
A power supply device according to any one of claims 7 to 14 ;
An image forming apparatus comprising:
前記第一の電圧又は前記第二の電圧を出力するように前記電源装置を制御する制御部を備え、
前記制御手段は、
前記指示手段が前記制御部から前外部からの信号を受け取り、前記第二の電圧を出力するように指示した場合には、前記連続動作を行うように制御し、
前記指示手段が前記制御部から前外部からの信号を受け取り、前記第一の電圧を出力するように指示した場合には、前記電源装置が電力を供給する負荷の状態に応じて前記連続動作又は前記間欠動作を行うように制御することを特徴とする請求項15に記載の画像形成装置。
A control unit that controls the power supply device to output the first voltage or the second voltage,
The control means is
When the instruction means receives a signal from the outside from the control unit and instructs to output the second voltage, controlling to perform the continuous operation,
When the instruction means receives the signal from the outside from the control unit and instructs to output the first voltage, the 16. The image forming apparatus according to claim 15 , wherein control is performed so as to perform continuous operation or said intermittent operation.
前記制御手段は、前記フィードバック手段から入力された前記情報に基づいて、前記電源装置が電力を供給する負荷の状態を判断することを特徴とする請求項16に記載の画像形成装置。 17. The image forming apparatus according to claim 16 , wherein the control means determines the state of the load to which power is supplied by the power supply device based on the information input from the feedback means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009100554A (en) 2007-10-17 2009-05-07 Sharp Corp Partial voltage resonance type switching power supply circuit and air conditioner equipped with same
JP2017017846A (en) 2015-06-30 2017-01-19 キヤノン株式会社 Power supply and image formation apparatus
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