JPH05328719A - Switching power supply - Google Patents

Switching power supply

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JPH05328719A
JPH05328719A JP12707392A JP12707392A JPH05328719A JP H05328719 A JPH05328719 A JP H05328719A JP 12707392 A JP12707392 A JP 12707392A JP 12707392 A JP12707392 A JP 12707392A JP H05328719 A JPH05328719 A JP H05328719A
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transformer
voltage
switching element
current
switching
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幸司 ▲吉▼田
Koji Yoshida
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Abstract

PURPOSE:To provide a high-efficiency switching power supply for supplying electronic equipment for industrial and consumer purposes with DC regulated voltage, in which low-voltage switching elements can be used. CONSTITUTION:This apparatus is a switching power supply of current resonance primary side regeneration system, in which the primary winding 3a of a transformer 3 is connected with an input DC power supply 1 via a capacitor 13 and leakage inductance or an inductor.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は産業用や民生用の電子機
器に直流安定化電圧を供給するスイッチング電源装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply device for supplying a regulated DC voltage to industrial and consumer electronic devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、スイッチング電源装置は電子機器
の低価格化・小型化・高性能化・省エネルギー化に伴
い、より小型で出力の安定性が高く高効率なものが強く
求められている。以下に従来のスイッチング電源装置に
ついて説明する。
2. Description of the Related Art In recent years, switching power supplies have been required to be smaller, more stable in output, and more efficient, as electronic devices have become lower in price, smaller in size, higher in performance, and more energy efficient. A conventional switching power supply device will be described below.

【0003】従来、この種のスイッチング電源装置とし
て、自励フライバック型スイッチング電源装置が構成部
品も少なく安価に作ることが可能なため、一般的に広く
用いられている。しかし、スイッチング周波数が出力電
流により大きく変化し電子機器に対する干渉や整流平滑
回路が大型化するなどの課題があることが知られてい
る。
Conventionally, as this type of switching power supply device, a self-excited flyback type switching power supply device has been widely used because it has few constituent parts and can be manufactured at low cost. However, it is known that there are problems that the switching frequency greatly changes depending on the output current, interference with electronic devices and the size of the rectifying / smoothing circuit increase.

【0004】このような従来の課題を解決する方法とし
て、すでに図5に示すような構成の電流共振1次側回生
方式のスイッチング電源が構成されている。図5におい
て、1は入力直流電源で交流電圧を整流平滑すること
で、もしくは電池などで構成されるものであり、入力端
子2−2′に入力電圧を供給し正電圧を入力端子2に接
続し、負電圧を入力端子2′に接続している。
As a method of solving such a conventional problem, a switching power supply of a current resonance primary side regenerative system having a configuration as shown in FIG. 5 has already been constructed. In FIG. 5, reference numeral 1 denotes an input DC power source for rectifying and smoothing an AC voltage, or a battery or the like. The input voltage is supplied to an input terminal 2-2 ′ and a positive voltage is connected to the input terminal 2. Then, a negative voltage is connected to the input terminal 2 '.

【0005】3はトランスであり、1次巻線3aの一端
を漏れインダクタンスまたはインダクタンス素子14を
介して入力端子2に接続し他端をスイッチング素子4を
介して入力端子2′に接続し、2次巻線3cの一端を出
力端子10′に他端をダイオード7を介して出力端子1
0に接続し、バイアス巻線3bの一端を入力端子2′に
接続し他端を同期発振回路6に接続している。
Reference numeral 3 denotes a transformer, one end of the primary winding 3a being connected to the input terminal 2 via the leakage inductance or the inductance element 14 and the other end being connected to the input terminal 2'through the switching element 4 and 2 One end of the secondary winding 3c is connected to the output terminal 10 'and the other end is connected to the output terminal 1 via the diode 7.
0, one end of the bias winding 3b is connected to the input terminal 2 ', and the other end is connected to the synchronous oscillation circuit 6.

【0006】4はスイッチング素子であり、制御端子に
印加される同期発振回路6のオン・オフ信号によりオン
・オフして入力電圧を前記1次巻線3aに印加したり遮
断したりする。6は同期発振回路であり、スイッチング
素子4を決められたオン期間でオン動作させ、スイッチ
ング素子4のオフ期間を前記バイアス巻線3bの誘起電
圧の極性が反転するまで持続するようにオフ動作させ、
このオン・オフの繰り返しにより発振を続けるものであ
る。
Reference numeral 4 denotes a switching element, which is turned on / off by an on / off signal of the synchronous oscillation circuit 6 applied to the control terminal to apply or cut off the input voltage to the primary winding 3a. Reference numeral 6 denotes a synchronous oscillating circuit, which turns on the switching element 4 for a predetermined on-period and turns off the switching element 4 so that the off-period continues until the polarity of the induced voltage of the bias winding 3b is reversed. ,
Oscillation is continued by repeating this on / off.

【0007】5はダイオードでありアノードを前記1次
巻線3aとスイッチング素子4の接続点に接続し、カソ
ードを入力端子2′に接続しトランス3に蓄積されたエ
ネルギーを入力に回生する。7は整流ダイオードであ
り、アノード側を前記2次巻線3cの一端に接続しカソ
ード側を出力端子10に接続する。
Reference numeral 5 denotes a diode, the anode of which is connected to the connection point of the primary winding 3a and the switching element 4 and the cathode of which is connected to the input terminal 2'to regenerate the energy stored in the transformer 3 to the input. Reference numeral 7 denotes a rectifying diode, the anode side of which is connected to one end of the secondary winding 3c and the cathode side of which is connected to the output terminal 10.

【0008】8は平滑コンデンサであり、出力端子10
−10′間に接続され前記2次巻線3cの誘起電圧を整
流ダイオード7を介して整流し、平滑コンデンサ8によ
り平滑して出力電圧とする。12は整流ダイオード、1
6は平滑コンデンサであり、整流ダイオード12はアノ
ードを前記1次巻線3aとスイッチング素子4の接続点
に接続し、カソードを前記平滑コンデンサ16の一端に
接続し、前記1次巻線3aと整流ダイオード12と平滑
コンデンサ16と漏れインダクタンスまたはインダクタ
ンス素子14が閉回路を成すように構成される。
A smoothing capacitor 8 has an output terminal 10
-10 ', the induced voltage of the secondary winding 3c is rectified via the rectifier diode 7 and smoothed by the smoothing capacitor 8 to obtain the output voltage. 12 is a rectifying diode, 1
Reference numeral 6 denotes a smoothing capacitor, and the rectifying diode 12 has an anode connected to the connection point between the primary winding 3a and the switching element 4 and a cathode connected to one end of the smoothing capacitor 16 to rectify the primary winding 3a. The diode 12, the smoothing capacitor 16, and the leakage inductance or the inductance element 14 are configured to form a closed circuit.

【0009】11は第2のスイッチング素子であり前記
整流ダイオード12に並列に接続され、制御回路9によ
りオン・オフされる。9は制御回路であり、制御回路9
はその内部で出力端子10−10′に接続される部分と
スイッチング素子11を駆動する部分とは絶縁されてい
るものとする。
A second switching element 11 is connected in parallel with the rectifying diode 12 and is turned on / off by the control circuit 9. 9 is a control circuit, and the control circuit 9
It is assumed that the portion connected to the output terminals 10-10 'and the portion driving the switching element 11 are insulated inside.

【0010】14は前記トランス3の1次巻線3aと2
次巻線3c間の漏れインダクタンスまたは外付けのイン
ダクタンス素子である。平滑コンデンサ16と漏れイン
ダクタンスまたはインダクタンス素子14は共振し、整
流ダイオード7の電流波型を正弦波状にするように設定
される。
Reference numeral 14 denotes the primary windings 3a and 2 of the transformer 3.
It is a leakage inductance between the secondary windings 3c or an external inductance element. The smoothing capacitor 16 and the leakage inductance or the inductance element 14 resonate, and are set so that the current waveform of the rectifying diode 7 becomes sinusoidal.

【0011】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、以下にその動作を図6の各部動作波形を
参照しながら説明する。
The operation of the switching power supply device configured as described above will be described below with reference to the operation waveforms of the respective parts of FIG.

【0012】図6において(a)はスイッチング素子4
の両端電圧波形VDSを示しており、(b)は前記スイッ
チング素子4またはダイオード5に流れる1次電流ID
を示しており、(c)は同期発振回路6のスイッチング
素子4の駆動パルス波形VG1を示しており、(d)は前
記スイッチング素子11または整流ダイオード12に流
れる1次電流Icを示しており、(e)はスイッチング
素子11への駆動パルス波形VG2を示しており、(f)
は前記2次巻線3cに流れる2次電流IOを示してお
り、(g)はトランス3の磁束φの変化を示している。
In FIG. 6, (a) shows the switching element 4
2B shows a voltage waveform V DS across both ends of the primary current I D flowing in the switching element 4 or the diode 5.
(C) shows the drive pulse waveform V G1 of the switching element 4 of the synchronous oscillation circuit 6, and (d) shows the primary current I c flowing through the switching element 11 or the rectifying diode 12. , (E) shows the drive pulse waveform V G2 to the switching element 11, (f)
Shows the secondary current I o flowing through the secondary winding 3c, and (g) shows the change of the magnetic flux φ of the transformer 3.

【0013】同期発振回路6により決められたオン期間
で動作するスイッチング素子4のオン期間に前記1次巻
線3aを介して流れる1次電流IDによりトランス3に
磁束が発生しエネルギーが蓄積される。この時トランス
3の2次巻線3cに誘起電圧が発生するが、整流ダイオ
ード7を逆バイアスする方向に電圧が印加されるように
構成され、1次側の整流ダイオード12も逆バイアスさ
れ、スイッチング素子11はオフしているように構成さ
れている。
A magnetic flux is generated in the transformer 3 by the primary current I D flowing through the primary winding 3a during the ON period of the switching element 4 operating in the ON period determined by the synchronous oscillation circuit 6, and energy is accumulated. It At this time, an induced voltage is generated in the secondary winding 3c of the transformer 3, but the voltage is applied in a direction to reverse-bias the rectifying diode 7, and the rectifying diode 12 on the primary side is also reverse-biased and switching is performed. The element 11 is configured to be off.

【0014】同期発振回路6のオフ信号でスイッチング
素子4がオフすると前記1次巻線3aにフライバック電
圧が発生し、整流ダイオード12が順バイアスされると
同時に、前記2次巻線3cにもフライバック電圧が発生
し、整流ダイオード7を順バイアスする方向に電圧が印
加されるため、トランス3に蓄積されたエネルギーが前
記1次巻線3aと整流ダイオード12を介して1次電流
cとして放出され、平滑コンデンサ16により平滑さ
れて直流電圧Vcとして供給されるとともに、前記2次
巻線3cを介して2次電流Ioとして放出され、平滑コ
ンデンサ8により平滑されて出力電圧VOUTとして出力
端子10−10′に供給される。
When the switching element 4 is turned off by the off signal of the synchronous oscillation circuit 6, a flyback voltage is generated in the primary winding 3a, the rectifier diode 12 is forward biased, and at the same time, the secondary winding 3c is also generated. Since the flyback voltage is generated and the voltage is applied in the direction of forward biasing the rectifier diode 7, the energy accumulated in the transformer 3 is converted into the primary current I c via the primary winding 3 a and the rectifier diode 12. It is discharged, smoothed by the smoothing capacitor 16 and supplied as a DC voltage V c , and is discharged as a secondary current I o via the secondary winding 3 c and smoothed by a smoothing capacitor 8 as an output voltage V OUT. It is supplied to the output terminals 10-10 '.

【0015】この時スイッチング素子11は制御回路9
によりオンされるが整流ダイオード12とスイッチング
素子11のどちらを1次電流Icが流れても特に動作上
変化は生じない。寄生容量等のキャパシタンス成分を考
えなければ、スイッチング素子4がオフしてトランス3
の各巻線の電圧が反転した際、トランス3に蓄えられた
エネルギーは、トランス3の漏れインダクタンスの影響
でまず1次巻線3aから放出する。即ち、1次電流Ic
は1次電流IDの最終値IPを初期値として流れ出し、2
次電流Ioはゼロから立ち上がる。
At this time, the switching element 11 is the control circuit 9
The primary current I c flows through either the rectifying diode 12 or the switching element 11, but there is no particular change in operation. If the capacitance component such as parasitic capacitance is not considered, the switching element 4 is turned off and the transformer 3
When the voltage of each winding is inverted, the energy stored in the transformer 3 is first discharged from the primary winding 3a due to the influence of the leakage inductance of the transformer 3. That is, the primary current I c
Flows out with the final value I P of the primary current I D as the initial value, 2
The next current I o rises from zero.

【0016】この時各巻線に流れる電流は、整流ダイオ
ード7と整流ダイオード12がオンであるので、トラン
ス3の1次巻線3aと2次巻線3cで結合された平滑コ
ンデンサ16と漏れインダクタンスまたはインダクタン
ス素子14と平滑コンデンサ8からなる閉回路の過渡電
流となる。この電流はコンデンサ16と漏れインダクタ
ンスまたはインダクタンス素子14の共振周波数が十分
小さく設定されているので、正弦波状の共振電流とな
る。
At this time, since the rectifying diode 7 and the rectifying diode 12 are turned on, the current flowing through each winding is equal to the smoothing capacitor 16 connected by the primary winding 3a and the secondary winding 3c of the transformer 3 and the leakage inductance or It becomes a transient current of a closed circuit composed of the inductance element 14 and the smoothing capacitor 8. This current is a sinusoidal resonance current because the resonance frequency of the capacitor 16 and the leakage inductance or the inductance element 14 is set sufficiently small.

【0017】この時、トランス3の磁束φは1次巻線3
aに直流電圧Vcが印加された状態でその蓄積エネルギ
ーを放出するので直線的に減少する。2次巻線電流Io
は磁束φを誘起する励磁電流と共振電流である1次巻線
電流の和となる。
At this time, the magnetic flux φ of the transformer 3 is equal to the primary winding 3
Since the stored energy is released when the DC voltage V c is applied to a, it linearly decreases. Secondary winding current I o
Is the sum of the exciting current that induces the magnetic flux φ and the primary winding current that is the resonance current.

【0018】共振電流はその共振周期が十分小さく設定
されているので、2次巻線電流Ioはやがて減少し0A
となり、整流ダイオード7をオフとする。1次巻線電流
cは整流ダイオード7がオンのときは正弦波状の共振
電流が流れるが、整流ダイオード7がオフとなると、共
振電流はゼロとなり励磁電流のみが流れる。
Since the resonance current is set to have a sufficiently small resonance period, the secondary winding current I o will eventually decrease to 0 A.
And the rectifying diode 7 is turned off. As the primary winding current I c, a sinusoidal resonant current flows when the rectifying diode 7 is on, but when the rectifying diode 7 is off, the resonant current becomes zero and only the exciting current flows.

【0019】この過程において1次巻線電流Icは負と
なるが、スイッチング素子11がオンしているため、共
振現象は持続され今度は逆に平滑コンデンサ16からの
放電電流がスイッチング素子11を介して1次巻線3a
へ流れるようになる。スイッチング素子4のオン期間中
にトランス3に蓄えられたエネルギーが放出し終わった
後も、スイッチング素子11によって直流電圧Vcが印
加されることによりトランス3は逆励磁されエネルギー
が逆方向に蓄えられる。
In this process, the primary winding current I c becomes negative, but since the switching element 11 is turned on, the resonance phenomenon is maintained, and conversely, the discharge current from the smoothing capacitor 16 causes the switching element 11 to turn on. Through the primary winding 3a
To flow to. Even after the energy stored in the transformer 3 is released during the ON period of the switching element 4, the transformer 3 is reversely excited and the energy is stored in the reverse direction by applying the DC voltage V c by the switching element 11. ..

【0020】制御回路9によってスイッチング素子11
がオフするとトランス3の各巻線電圧は反転し、1次巻
線3aに発生する誘起電圧はスイッチング素子4の接続
端を負電圧に、入力端子2の接続端を正電圧にする方向
に発生するため、ダイオード5を介して入力直流電源1
を充電する方向に1次電流IDが流れ、オフ期間中に蓄
積されたトランス3のエネルギーを入力直流電源1に電
力回生を行う。
The switching element 11 is controlled by the control circuit 9.
Is turned off, each winding voltage of the transformer 3 is inverted, and the induced voltage generated in the primary winding 3a is generated in a direction in which the connection end of the switching element 4 is set to a negative voltage and the connection end of the input terminal 2 is set to a positive voltage. Therefore, input DC power supply 1 via diode 5
The primary current I D flows in the direction to charge the DC power, and the energy of the transformer 3 accumulated during the off period is regenerated to the input DC power supply 1.

【0021】この時に同期発振回路6はスイッチング素
子4をオンさせるが、1次電流IDがどちらを流れても
特に動作上変化は生じない。オフ期間にトランス3に蓄
積されたエネルギーがすべて放出され1次電流がゼロに
なると、すでにオンしているスイッチング素子4を介し
て入力直流電源1より前記とは逆方向に充電するように
1次電流IDが流れてトランス3に磁束が発生しエネル
ギーが蓄積される。
At this time, the synchronous oscillating circuit 6 turns on the switching element 4, but there is no particular change in operation no matter which one of the primary currents I D flows. When all the energy accumulated in the transformer 3 is released during the off period and the primary current becomes zero, the primary current is charged from the input DC power supply 1 in the opposite direction via the switching element 4 which is already on. A current I D flows and a magnetic flux is generated in the transformer 3 to accumulate energy.

【0022】この状態ではトランス3の各巻線に発生す
る誘起電圧の極性は変化せず、同期発振回路6によりス
イッチング素子4はオンを持続する。同期発振回路6に
より決められたオン期間で動作するスイッチング素子4
がオフすると、トランス3に蓄積されたエネルギーは前
記1次巻線3aを介して平滑コンデンサ13及び前記2
次巻線3cを介して2次電流Ioとして出力に放出され
る。これらの動作を繰り返すことで、出力電圧は連続的
に出力端子10−10′より供給される。
In this state, the polarity of the induced voltage generated in each winding of the transformer 3 does not change, and the synchronous oscillation circuit 6 keeps the switching element 4 on. Switching element 4 that operates in the ON period determined by the synchronous oscillation circuit 6
When is turned off, the energy stored in the transformer 3 passes through the primary winding 3a and the smoothing capacitor 13 and the 2
The secondary current I o is discharged to the output through the secondary winding 3c. By repeating these operations, the output voltage is continuously supplied from the output terminals 10-10 '.

【0023】さらに出力電圧が安定に制御される動作に
ついて詳しく説明する。図6に各動作波形を示している
が、同期発振回路6の駆動パルス波形VG1のオフ期間
(t1〜t3)をTOFFとし、そのうち、トランス3の逆
励磁期間(t2〜t3)をT′OF Fとし、一方オン期間
(t3〜t5)をTONとし、そのうち1次電流IDの回生
期間(t3〜t4)をT′ONとする。従来のスイッチング
電源装置の安定動作中では直流電圧Vcは、直流成分と
平滑コンデンサ16と漏れインダクタンスまたはインダ
クタンス素子14との共振電圧の和となるが、電圧変動
は十分に小さく可能である。
Further, the operation of stably controlling the output voltage will be described in detail. Each operation waveform is shown in FIG. 6, and the OFF period (t 1 to t 3 ) of the drive pulse waveform V G1 of the synchronous oscillation circuit 6 is set to T OFF, and the reverse excitation period (t 2 to t) of the transformer 3 is included therein. the 3) T 'and oF F, whereas on period (t 3 ~t 5) and T oN, of which the primary current I regeneration period of D to (t 3 ~t 4) T' is turned oN. During stable operation of the conventional switching power supply, the DC voltage V c is the sum of the DC component and the resonance voltage of the smoothing capacitor 16 and the leakage inductance or the inductance element 14, but the voltage fluctuation can be sufficiently small.

【0024】一方平滑コンデンサ13のリップル電流で
あるオフ期間中の1次電流Icは充放電電流が等しく、
その平均電流は0Aであるから、2次巻線3cから放出
され、出力端子10−10′から供給されるエネルギー
は、オン期間中にトランス3に蓄えられたエネルギーか
ら、T′ON期間中に入力直流電源1へ回生されるエネル
ギーの差に等しくなる。一方直流電圧の平均値Vcはト
ランスのリセット条件から Vc=(TON/TOFF)×VIN=(T′ON/T′OFF)×VIN で表される。但しVINは入力電圧である。さらに従来の
スイッチング電源装置の出力電圧VOUTは、2次巻線3
cのフライバック電圧を整流して得られ、十分にVc
電圧変動幅を小さくできることから VOUT≒(NS/NP)×Vc であり、直流電圧Vcを調節することにより、出力電圧
OUTも調整できることがわかる。但し、NPは1次巻線
3aの巻数でありNSは2次巻線3cの巻数である。
On the other hand, the primary current I c during the off period, which is the ripple current of the smoothing capacitor 13, has the same charge / discharge current,
Since the average current is 0 A, the energy discharged from the secondary winding 3c and supplied from the output terminal 10-10 'is from the energy stored in the transformer 3 during the ON period, during the T'ON period. It becomes equal to the difference in energy regenerated to the input DC power supply 1. On the other hand the average value V c of the DC voltage is represented by a transformer reset condition V c = (T ON / T OFF) × V IN = (T 'ON / T' OFF) × V IN. However, V IN is an input voltage. Further, the output voltage V OUT of the conventional switching power supply device is the secondary winding 3
obtained by rectifying the flyback voltage of c, a V OUT ≒ (N S / N P) × V c because it can reduce the voltage variation width of the well V c, by adjusting the DC voltage V c, It can be seen that the output voltage V OUT can also be adjusted. However, N P is the number of turns of the primary winding 3a, and N S is the number of turns of the secondary winding 3c.

【0025】Vcの変動幅が大きくてもVcの平均値を制
御することでVOUTは制御可能である。例えば、出力電
流IOUTが減少し出力電圧VOUTが上昇した場合、制御回
路9により、スイッチング素子11のオン期間(即ち、
スイッチング素子4のオフ期間TOFF)が大きくなり、
平滑コンデンサ13は充電電荷よりも放電電荷の量が大
きくなり、直流電圧Vcの平均値は低下していく。
Even if the fluctuation range of V c is large, V OUT can be controlled by controlling the average value of V c . For example, when the output current I OUT decreases and the output voltage V OUT increases, the control circuit 9 controls the ON period of the switching element 11 (that is,
The OFF period T OFF of the switching element 4 becomes large,
The smoothing capacitor 13 has a larger amount of discharged charge than charged charge, and the average value of the DC voltage V c decreases.

【0026】直流電圧Vcが低下すると出力電圧VOUT
低下するとともに、オフ期間中にトランス3の巻線に発
生・印加されるVcが低下するため、1次電流Icの傾き
も緩和され、最終的には出力電圧VOUTが所定の電圧と
なるような直流電圧Vcに落ち着く。
When the DC voltage V c decreases, the output voltage V OUT also decreases, and the V c generated / applied to the winding of the transformer 3 during the off period decreases, so that the inclination of the primary current I c is also reduced. Eventually, the output voltage V OUT settles down to the DC voltage V c at which it becomes a predetermined voltage.

【0027】即ち、出力電圧VOUTはスイッチング素子
11のオン期間を調整することで安定化が可能となる。
もともと出力電流IOUTの変動に伴う出力電圧VOUTの変
動(ロードレギュレーション)を補正するための直流電
圧Vcの変動分は少なく、従ってオン期間TONが一定な
らば、オフ期間TOFFもほとんど変動せず、スイッチン
グ周波数や磁束変化幅ΔBもほぼ一定となる。この様子
は、図6の破線で表しておく。
That is, the output voltage V OUT can be stabilized by adjusting the ON period of the switching element 11.
Originally, the fluctuation amount of the DC voltage V c for compensating the fluctuation (load regulation) of the output voltage V OUT accompanying the fluctuation of the output current I OUT is small, and therefore, if the ON period T ON is constant, the OFF period T OFF is almost constant. It does not fluctuate, and the switching frequency and the magnetic flux change width ΔB are almost constant. This state is represented by the broken line in FIG.

【0028】さらに本回路構成では、平滑コンデンサ1
6と整流ダイオード12によりクランプ回路を構成して
おり、第1の従来例に示したスイッチング素子4のター
ンオフに伴うサージ電圧の発生がないという効果もあ
る。
Further, in this circuit configuration, the smoothing capacitor 1
6 and the rectifying diode 12 constitute a clamp circuit, and there is also an effect that no surge voltage is generated due to the turn-off of the switching element 4 shown in the first conventional example.

【0029】[0029]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スイッ
チング素子4およびスイッチング素子11には、入力電
圧VINと直流電圧Vcの和電圧VIN+Vcが印加され、高
耐圧のスイッチング素子が必要となることと、スイッチ
ング素子4のオン状態にトランス3の1次巻線3aに入
力電圧が直接印加されるために、1次巻線数が大きくな
るという問題点があった。
[SUMMARY OF THE INVENTION However, the switching element 4 and switching element 11, the input sum voltage V IN + V c voltage V IN and the DC voltage V c is applied, it is necessary to high voltage switching element In addition, since the input voltage is directly applied to the primary winding 3a of the transformer 3 in the ON state of the switching element 4, there is a problem that the number of primary windings increases.

【0030】本発明は前記従来の問題点を解決するもの
で、負荷の変動に伴うスイッチング周波数の変化を抑制
し、同時にダイオードのリカバリの発生を抑え低ノイズ
で高効率の電流共振1次側回生制御方式のスイッチング
電源装置の有効性を損なうことなく、低耐圧のスイッチ
ング素子の使用を可能にし、さらにトランスの1次巻線
数を小さくできる高効率のスイッチング電源装置を提供
することを目的とするものである。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art by suppressing changes in the switching frequency due to changes in the load and, at the same time, suppressing the occurrence of diode recovery and reducing noise and high efficiency current resonance primary side regeneration. An object of the present invention is to provide a high-efficiency switching power supply device that enables use of a low breakdown voltage switching element without impairing the effectiveness of the control type switching power supply device and further reduces the number of primary windings of a transformer. It is a thing.

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のスイッチング電源装置は、オン・オフを繰り
返す第1のスイッチング手段と、少なくとも1次巻線と
1つ以上の2次巻線を有するトランスと、直流電圧を保
持するためのコンデンサと、前記第1のスイッチング手
段がオンのとき入力電圧を前記トランスの1次巻線と前
記コンデンサの直列回路に印加して前記トランスにエネ
ルギーを蓄え、前記第1のスイッチング手段がオフのと
き前記トランスの2次巻線から放出されるエネルギーよ
り出力を得る整流平滑手段と、前記第1のスイッチング
手段と交互にオン・オフを繰り返す第2のスイッチング
手段を介して前記直流電圧が前記トランスの1次巻線に
印加され前記トランスにエネルギーを蓄え、前記第2の
スイッチング手段がオフのとき前記トランスに蓄えられ
たエネルギーを前記トランスの1次巻線より前記入力電
圧へ回生し、前記出力の電圧制御を前記第1及び第2の
スイッチング手段のオンオフ比を変化させることで行う
ように構成し、前記トランスにより結合された前記整流
平滑手段と前記コンデンサで構成される閉回路内で、ト
ランスの1次巻線と2次巻線間の漏れインダクタンスも
しくは外付けのインダクタンス素子と、前記第1の整流
平滑手段または前記コンデンサまたはその両方で共振
し、その共振現象により前記2次巻線の電流を共振電流
とすることを特徴としている。
In order to achieve this object, a switching power supply device according to the present invention comprises a first switching means which repeats on / off, at least a primary winding and one or more secondary windings. , A capacitor for holding a DC voltage, and an input voltage when the first switching means is on, applied to the series circuit of the primary winding of the transformer and the capacitor to apply energy to the transformer. A rectifying / smoothing means for storing and obtaining an output from the energy emitted from the secondary winding of the transformer when the first switching means is off, and a second rectifying / smoothing means for alternately repeating on / off with the first switching means. The DC voltage is applied to the primary winding of the transformer via switching means to store energy in the transformer, and the second switching means When off, the energy stored in the transformer is regenerated from the primary winding of the transformer to the input voltage, and the output voltage is controlled by changing the on / off ratio of the first and second switching means. And a leakage inductance between the primary winding and the secondary winding of the transformer or an external inductance element in a closed circuit composed of the rectifying and smoothing means coupled by the transformer and the capacitor. Resonance is caused by the first rectifying / smoothing means, the capacitor, or both, and the resonance phenomenon causes the current in the secondary winding to become a resonance current.

【0032】[0032]

【作用】この構成によって、前記第1のスイッチング手
段がオフの時前記第2のスイッチング手段はオンであり
第1のスイッチング手段には入力電圧しか印加されな
い。同様に前記第2のスイッチング手段がオフの時前記
第1のスイッチング手段がオンとなり第2のスイッチン
グ手段にも入力電圧しか印加されない。さらに前記コン
デンサには、トランスのフライバック電圧を保持するた
めに、入力電圧とは逆向きの直流電圧が発生しており、
第1のスイッチング手段がオンの時、トランスの1次巻
線には入力電圧と前記直流電圧の差電圧が印加されるた
め、1次巻線数は小さくできる。
With this configuration, when the first switching means is off, the second switching means is on and only the input voltage is applied to the first switching means. Similarly, when the second switching means is off, the first switching means is on and only the input voltage is applied to the second switching means. Furthermore, in order to hold the flyback voltage of the transformer, a DC voltage opposite to the input voltage is generated in the capacitor,
When the first switching means is ON, the difference voltage between the input voltage and the DC voltage is applied to the primary winding of the transformer, so that the number of primary windings can be reduced.

【0033】[0033]

【実施例】(実施例1)以下本発明の第1の実施例につ
いて、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の第
1の実施例におけるスイッチング電源の構成を示すもの
である。図1において、図5と同じものには同一の符号
を記し説明は省略する。1は直流電源であり、2−2′
は入力端子であり、3はトランスで1次巻線3a、2次
巻線3c、バイアス巻線3bを有しており、4は第1の
スイッチング手段としてのスイッチング素子であり、5
はダイオードであり、6は同期発振回路であり、7は整
流ダイオードであり、8は平滑コンデンサであり、整流
ダイオード7と平滑コンデンサ8とで整流平滑手段を構
成する。9は制御回路であり、10−10′は出力端子
である。
(Embodiment 1) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a switching power supply according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. 1 is a DC power supply, 2-2 '
Is an input terminal, 3 is a transformer having a primary winding 3a, a secondary winding 3c, and a bias winding 3b, and 4 is a switching element as a first switching means.
Is a diode, 6 is a synchronous oscillating circuit, 7 is a rectifying diode, 8 is a smoothing capacitor, and the rectifying diode 7 and the smoothing capacitor 8 constitute a rectifying and smoothing means. Reference numeral 9 is a control circuit, and 10-10 'is an output terminal.

【0034】11は第2のスイッチング手段としてのス
イッチング素子であり、制御回路9によりオン・オフさ
れる。尚、制御回路9はその内部で出力端子10−1
0′に接続される部分とスイッチング素子11を駆動す
る部分とは絶縁されているものとする。12は整流ダイ
オードであり、13はコンデンサである。14は前記ト
ランス3の1次巻線3aと2次巻線3c間の漏れインダ
クタンスまたは外付けのインダクタンス素子である。コ
ンデンサ13と漏れインダクタンスまたはインダクタン
ス素子14は共振し、整流ダイオード7の電流波型を正
弦波状にするように設定される。
A switching element 11 serves as a second switching means and is turned on / off by the control circuit 9. The control circuit 9 internally has an output terminal 10-1.
It is assumed that the portion connected to 0'and the portion driving the switching element 11 are insulated. 12 is a rectifying diode and 13 is a capacitor. Reference numeral 14 is a leakage inductance between the primary winding 3a and the secondary winding 3c of the transformer 3 or an external inductance element. The capacitor 13 and the leakage inductance or the inductance element 14 resonate with each other, and are set so that the current waveform of the rectifying diode 7 becomes sinusoidal.

【0035】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、以下にその動作を図2の各部動作波形を
参照しながら説明する。
The operation of the switching power supply device configured as described above will be described below with reference to the operation waveforms of the respective parts of FIG.

【0036】図2において(a)はスイッチング素子4
の両端電圧波形VDSを示しており、(b)は前記スイッ
チング素子4またはダイオード5に流れる1次電流ID
を示しており、(c)は同期発振回路6のスイッチング
素子4の駆動パルス波形VG1を示しており、(d)は前
記スイッチング素子11または整流ダイオード12に流
れる1次電流Icを示しており、(e)はスイッチング
素子11への駆動パルス波形VG2を示しており、(f)
は前記2次巻線3cに流れる2次電流IOを示してお
り、(g)はトランス3の磁束φの変化を示している。
In FIG. 2, (a) shows the switching element 4
2B shows a voltage waveform V DS across both ends of the primary current I D flowing in the switching element 4 or the diode 5.
(C) shows the drive pulse waveform V G1 of the switching element 4 of the synchronous oscillation circuit 6, and (d) shows the primary current I c flowing through the switching element 11 or the rectifying diode 12. (E) shows the drive pulse waveform V G2 to the switching element 11, (f)
Shows the secondary current I o flowing through the secondary winding 3c, and (g) shows the change of the magnetic flux φ of the transformer 3.

【0037】同期発振回路6により決められたオン期間
で動作するスイッチング素子4のオン期間に前記トラン
ス3の1次巻線3aにコンデンサ11を通して入力電圧
INとコンデンサ13で保持されている直流電圧Vc
の電圧の差VIN−Vcが印加され、前記1次巻線3aを
介して流れる1次電流IDによりトランス3に磁束が発
生しエネルギーが蓄積される。この時トランス3の2次
巻線3cに誘起電圧が発生するが、整流ダイオード7を
逆バイアスする方向に電圧が印加されるように構成さ
れ、1次側の整流ダイオード12も逆バイアスされ、ス
イッチング素子11はオフしているように構成されてい
る。
During the ON period of the switching element 4 which operates in the ON period determined by the synchronous oscillation circuit 6, the input voltage V IN and the DC voltage held by the capacitor 13 are passed through the capacitor 11 to the primary winding 3a of the transformer 3. the difference V iN -V c voltage between V c is applied, the magnetic flux in the transformer 3 is generated energy by the primary current I D flows through the primary winding 3a is accumulated. At this time, an induced voltage is generated in the secondary winding 3c of the transformer 3, but the voltage is applied in a direction to reverse-bias the rectifying diode 7, and the rectifying diode 12 on the primary side is also reverse-biased, and switching is performed. The element 11 is configured to be off.

【0038】この時スイッチング素子11には入力電圧
INしか印加されない。同期発振回路6のオフ信号でス
イッチング素子4がオフすると前記1次巻線3aにフラ
イバック電圧が発生し、整流ダイオード12が順バイア
スされると同時に、前記2次巻線3cにもフライバック
電圧が発生し、整流ダイオード7を順バイアスする方向
に電圧が印加されるため、トランス3に蓄積されたエネ
ルギーが前記1次巻線3aと整流ダイオード12を介し
て1次電流Icとして放出され、コンデンサ13により
平滑されて直流電圧Vcとして供給されるとともに、前
記2次巻線3cを介して2次電流Ioとして放出され、
平滑コンデンサ8により平滑されて出力電圧VOUTとし
て出力端子10−10′に供給される。
At this time, only the input voltage V IN is applied to the switching element 11. When the switching element 4 is turned off by the off signal of the synchronous oscillation circuit 6, a flyback voltage is generated in the primary winding 3a, and the rectifier diode 12 is forward biased, and at the same time, the flyback voltage is also applied to the secondary winding 3c. Is generated and a voltage is applied in the direction of forward biasing the rectifying diode 7, the energy accumulated in the transformer 3 is released as a primary current I c through the primary winding 3a and the rectifying diode 12. It is smoothed by the capacitor 13 and supplied as a DC voltage V c , and is discharged as a secondary current I o through the secondary winding 3 c,
The output voltage V OUT is smoothed by the smoothing capacitor 8 and supplied to the output terminals 10-10 '.

【0039】この時スイッチング素子11は制御回路9
によりオンされるが整流ダイオード12とスイッチング
素子11のどちらを1次電流Icが流れても特に動作上
変化は生じない。直流電圧Vcはトランス3のリセット
条件から Vc=[TON/(TON+TOFF)]×VIN となる。この時スイッチング素子4には入力電圧VIN
か印加されないのは明らかである。寄生容量等のキャパ
シタンス成分を考えなければ、スイッチング素子4がオ
フしてトランス3の各巻線の電圧が反転した際、トラン
ス3に蓄えられたエネルギーは、トランス3の漏れイン
ダクタンスの影響でまず1次巻線3aから放出する。即
ち、1次電流Icは1次電流IDの最終値IPを初期値と
して流れ出し、2次電流Ioはゼロから立ち上がる。
At this time, the switching element 11 is the control circuit 9
The primary current I c flows through either the rectifying diode 12 or the switching element 11, but there is no particular change in operation. The DC voltage V c is V c = [T ON / (T ON + T OFF )] × V IN from the reset condition of the transformer 3. At this time, it is obvious that only the input voltage V IN is applied to the switching element 4. If the capacitance component such as the parasitic capacitance is not considered, when the switching element 4 is turned off and the voltage of each winding of the transformer 3 is inverted, the energy stored in the transformer 3 is firstly affected by the leakage inductance of the transformer 3. It is discharged from the winding 3a. That is, the primary current I c flows with the final value I P of the primary current I D as an initial value, and the secondary current I o rises from zero.

【0040】この時各巻線に流れる電流は、整流ダイオ
ード7と整流ダイオード12がオンであるので、トラン
ス3の1次巻線3aと2次巻線3cで結合されたコンデ
ンサ13と漏れインダクタンスまたはインダクタンス素
子14と平滑コンデンサ8からなる閉回路の過渡電流と
なる。この電流はコンデンサ13と漏れインダクタンス
またはインダクタンス素子14の共振周波数が十分小さ
く設定されているので、正弦波状の共振電流となる。
At this time, since the rectifying diode 7 and the rectifying diode 12 are turned on, the current flowing through each winding is leakage inductance or inductance with the capacitor 13 coupled by the primary winding 3a and the secondary winding 3c of the transformer 3. It becomes a transient current of a closed circuit composed of the element 14 and the smoothing capacitor 8. This current is a sinusoidal resonance current because the resonance frequency of the capacitor 13 and the leakage inductance or the inductance element 14 is set sufficiently small.

【0041】この時、トランス3の磁束φは1次巻線3
aに直流電圧Vcが印加された状態でその蓄積エネルギ
ーを放出するので直線的に減少する。2次巻線電流Io
は磁束φを誘起する励磁電流と共振電流である1次巻線
電流の和となる。共振電流はその共振周期が十分小さく
設定されているので、Ioはやがて減少し0Aとなり、
整流ダイオード7をオフとする。
At this time, the magnetic flux φ of the transformer 3 is equal to the primary winding 3
Since the stored energy is released when the DC voltage V c is applied to a, it linearly decreases. Secondary winding current I o
Is the sum of the exciting current that induces the magnetic flux φ and the primary winding current that is the resonance current. Since the resonance current is set to have a sufficiently small resonance period, I o will eventually decrease to 0 A,
The rectifying diode 7 is turned off.

【0042】1次巻線電流Icは整流ダイオード7がオ
ンのときは正弦波状の共振電流が流れるが、整流ダイオ
ード7がオフとなると、共振電流はゼロとなり励磁電流
のみが流れる。
As for the primary winding current I c, a sinusoidal resonant current flows when the rectifying diode 7 is on, but when the rectifying diode 7 is off, the resonant current becomes zero and only the exciting current flows.

【0043】この過程において1次巻線電流Icは負と
なるが、スイッチング素子11がオンしているため、共
振現象は持続され今度は逆にコンデンサ13からの放電
電流がスイッチング素子11を介して1次巻線3aへ流
れるようになる。スイッチング素子4のオン期間中にト
ランス3に蓄えられたエネルギーが放出し終わった後
も、スイッチング素子11によって直流電圧Vcが印加
されることによりトランス3は逆励磁されエネルギーが
逆方向に蓄えられる。
In this process, the primary winding current I c becomes negative, but since the switching element 11 is turned on, the resonance phenomenon is maintained, and conversely, the discharge current from the capacitor 13 passes through the switching element 11. Flow to the primary winding 3a. Even after the energy stored in the transformer 3 is released during the ON period of the switching element 4, the transformer 3 is reversely excited and the energy is stored in the reverse direction by applying the DC voltage V c by the switching element 11. ..

【0044】制御回路9によってスイッチング素子11
がオフするとトランス3の各巻線電圧は反転し、1次巻
線3aに発生する誘起電圧はスイッチング素子4の接続
端を負電圧に、入力端子2の接続端を正電圧にする方向
に発生するため、ダイオード5を介して入力直流電源1
を充電する方向に1次電流IDが流れ、オフ期間中に蓄
積されたトランス3のエネルギーを入力直流電源1に電
力回生を行う。
The switching element 11 is controlled by the control circuit 9.
Is turned off, each winding voltage of the transformer 3 is inverted, and the induced voltage generated in the primary winding 3a is generated in a direction in which the connection end of the switching element 4 is set to a negative voltage and the connection end of the input terminal 2 is set to a positive voltage. Therefore, input DC power supply 1 via diode 5
The primary current I D flows in the direction to charge the DC power, and the energy of the transformer 3 accumulated during the off period is regenerated to the input DC power supply 1.

【0045】この時に同期発振回路6はスイッチング素
子4をオンさせるが、1次電流IDがどちらを流れても
特に動作上変化は生じない。オフ期間にトランス3に蓄
積されたエネルギーがすべて放出され1次電流がゼロに
なると、すでにオンしているスイッチング素子4を介し
て入力直流電源1より前記とは逆方向に充電するように
1次電流IDが流れてトランス3に磁束が発生しエネル
ギーが蓄積される。
At this time, the synchronous oscillating circuit 6 turns on the switching element 4, but there is no particular change in operation no matter which one of the primary currents I D flows. When all the energy accumulated in the transformer 3 is released during the off period and the primary current becomes zero, the primary current is charged from the input DC power supply 1 in the opposite direction via the switching element 4 which is already on. A current I D flows and a magnetic flux is generated in the transformer 3 to accumulate energy.

【0046】この状態ではトランス3の各巻線に発生す
る誘起電圧の極性は変化せず、同期発振回路6によりス
イッチング素子4はオンを持続する。同期発振回路6に
より決められたオン期間で動作するスイッチング素子4
がオフすると、トランス3に蓄積されたエネルギーは前
記1次巻線3aを介してコンデンサ13及び、前記2次
巻線3cを介して2次電流Ioとして出力に放出され
る。これらの動作を繰り返すことで、出力電圧は連続的
に出力端子10−10′より供給される。
In this state, the polarity of the induced voltage generated in each winding of the transformer 3 does not change, and the synchronous oscillation circuit 6 keeps the switching element 4 on. Switching element 4 that operates in the ON period determined by the synchronous oscillation circuit 6
There is turned off, the energy stored in the transformer 3 and the capacitor 13 through the primary winding 3a, it is discharged to the output through the secondary winding 3c as the secondary current I o. By repeating these operations, the output voltage is continuously supplied from the output terminals 10-10 '.

【0047】さらに出力電圧が安定に制御される動作に
ついて詳しく説明する。図2に各動作波形を示している
が、同期発振回路6の駆動パルス波形VG1のオフ期間
(t1〜t3)をTOFFとし、そのうち、トランス3の逆
励磁期間(t2〜t3)をT′OF Fとし、一方オン期間
(t3〜t5)をTONとし、そのうち1次電流IDの回生
期間(t3〜t4)をT′ONとする。
Further, the operation of stably controlling the output voltage will be described in detail. Each operation waveform is shown in FIG. 2. The OFF period (t 1 to t 3 ) of the drive pulse waveform V G1 of the synchronous oscillation circuit 6 is set to T OFF, and the reverse excitation period (t 2 to t) of the transformer 3 is included therein. the 3) T 'and oF F, whereas on period (t 3 ~t 5) and T oN, of which the primary current I regeneration period of D to (t 3 ~t 4) T' is turned oN.

【0048】本発明によるスイッチング電源装置の安定
動作中では直流電圧Vcは、直流成分とコンデンサ13
と漏れインダクタンスまたはインダクタンス素子14と
の共振電圧の和となるが、電圧変動は十分に小さく抑え
ることが可能である。一方コンデンサ13のリップル電
流であるオフ期間中の1次電流Icは充放電電流が等し
く、その平均電流は0Aであるから、2次巻線3cから
放出され、出力端子10−10′から供給されるエネル
ギーは、オン期間中にトランス3に蓄えられたエネルギ
ーから、T′ON期間中に入力直流電源1へ回生されるエ
ネルギーの差に等しくなる。
During stable operation of the switching power supply according to the present invention, the DC voltage V c is equal to the DC component and the capacitor 13
Is the sum of the resonance voltage of the leakage inductance or the inductance element 14, but the voltage fluctuation can be suppressed sufficiently small. Meanwhile primary current I c during the off period is a ripple current of the capacitor 13 is equal charge and discharge current, because the average current is 0A, is released from the secondary winding 3c, supplied from the output terminal 10-10 ' The generated energy is equal to the difference between the energy stored in the transformer 3 during the ON period and the energy regenerated to the input DC power supply 1 during the T'ON period.

【0049】さらに本発明におけるスイッチング電源装
置の出力電圧VOUTは、2次巻線3cのフライバック電
圧を整流して得られ、十分にVcの電圧変動幅を小さく
できることから VOUT≒(NS/NP)×Vc であり、直流電圧Vcを調節することにより、出力電圧
OUTも調整できることがわかる。但し、NPは1次巻線
3aの巻数でありNSは2次巻線3cの巻数である。Vc
の変動幅が大きくてもVcの平均値を制御することでV
OUTは制御可能である。
Further, the output voltage V OUT of the switching power supply device according to the present invention is obtained by rectifying the flyback voltage of the secondary winding 3c, and the voltage fluctuation width of V c can be sufficiently reduced, so V OUT ≈ (N S / N P ) × V c , and it can be seen that the output voltage V OUT can also be adjusted by adjusting the DC voltage V c . However, N P is the number of turns of the primary winding 3a, and N S is the number of turns of the secondary winding 3c. V c
V by even significant width of variation to control the average value of V c
OUT is controllable.

【0050】例えば、出力電流IOUTが減少し出力電圧
OUTが上昇した場合、制御回路9により、スイッチン
グ素子11のオン期間(即ち、スイッチング素子4のオ
フ期間TOFF)が大きくなり、コンデンサ13は充電電
荷よりも放電電荷の量が大きくなり、直流電圧Vcの平
均値は低下していく。
For example, when the output current I OUT decreases and the output voltage V OUT increases, the control circuit 9 increases the ON period of the switching element 11 (that is, the OFF period T OFF of the switching element 4) and the capacitor 13 The amount of discharged electric charge becomes larger than the amount of charged electric charge, and the average value of the DC voltage V c decreases.

【0051】直流電圧Vcが低下すると出力電圧VOUT
低下するとともに、オフ期間中にトランス3の巻線に発
生・印加されるVcが低下するため、1次電流Icの傾き
も緩和され、最終的には出力電圧VOUTが所定の電圧と
なるような直流電圧Vcに落ち着く。即ち、出力電圧V
OUTはスイッチング素子11のオン期間を調整すること
で安定化が可能となる。もともと出力電流IOUTの変動
に伴う出力電圧VOUTの変動(ロードレギュレーショ
ン)を補正するための直流電圧Vcの変動分は少なく、
従ってオン期間TONが一定ならば、オフ期間TOFFもほ
とんど変動せず、スイッチング周波数や磁束変化幅ΔB
もほぼ一定となる。
When the DC voltage V c decreases, the output voltage V OUT also decreases, and the V c generated / applied to the winding of the transformer 3 during the off period decreases, so that the slope of the primary current I c also relaxes. Eventually, the output voltage V OUT settles down to the DC voltage V c at which it becomes a predetermined voltage. That is, the output voltage V
OUT can be stabilized by adjusting the ON period of the switching element 11. Originally, the variation of the DC voltage V c for compensating the variation (load regulation) of the output voltage V OUT due to the variation of the output current I OUT is small,
Therefore, if the ON period T ON is constant, the OFF period T OFF hardly changes, and the switching frequency and the magnetic flux change width ΔB
Is almost constant.

【0052】この様子は、図2の破線で表しておく。さ
らに本回路構成では、コンデンサ13とダイオード12
によりクランプ回路を構成しており、第1の従来例に示
したスイッチング素子4のターンオフに伴うサージ電圧
の発生がないという効果もある。
This state is represented by the broken line in FIG. Further, in this circuit configuration, the capacitor 13 and the diode 12 are
The clamp circuit is configured by, and there is also an effect that no surge voltage is generated due to the turn-off of the switching element 4 shown in the first conventional example.

【0053】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。図3は本発明の
第2の実施例におけるスイッチング電源の構成を示すも
のである。図3において、図5と同じものには同一の符
号を記し説明は省略する。1は直流電源であり、2−
2′は入力端子であり、3はトランスで1次巻線3a、
2次巻線3c、バイアス巻線3bを有しており、4は第
1のスイッチング手段としてのスイッチング素子であ
り、5はダイオードであり、6は同期発振回路であり、
7は整流ダイオードであり、8は平滑コンデンサであ
り、整流ダイオード7と平滑コンデンサ8とで第1の整
流平滑回路を構成する。9は制御回路であり、10−1
0′は出力端子である。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 shows the configuration of the switching power supply according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same parts as those in FIG. 1 is a DC power supply, and 2-
2'is an input terminal, 3 is a transformer, a primary winding 3a,
It has a secondary winding 3c and a bias winding 3b, 4 is a switching element as a first switching means, 5 is a diode, 6 is a synchronous oscillation circuit,
Reference numeral 7 is a rectifying diode, 8 is a smoothing capacitor, and the rectifying diode 7 and the smoothing capacitor 8 constitute a first rectifying and smoothing circuit. 9 is a control circuit, 10-1
0'is an output terminal.

【0054】11は第2のスイッチング手段としてのス
イッチング素子であり、制御回路9によりオン・オフさ
れる。尚、制御回路9はその内部で出力端子10−1
0′に接続される部分とスイッチング素子11を駆動す
る部分とは絶縁されているものとする。12は整流ダイ
オードであり、13はコンデンサである。14は前記ト
ランスの1次巻線3aと2次巻線3c間の漏れインダク
タンスまたは外付けのインダクタンス素子である。コン
デンサ13と漏れインダクタンスまたはインダクタンス
素子14は共振し、整流ダイオード7の電流波型を正弦
波状にするように設定される。
A switching element 11 as a second switching means is turned on / off by the control circuit 9. The control circuit 9 internally has an output terminal 10-1.
It is assumed that the portion connected to 0'and the portion driving the switching element 11 are insulated. 12 is a rectifying diode and 13 is a capacitor. Reference numeral 14 is a leakage inductance between the primary winding 3a and the secondary winding 3c of the transformer or an external inductance element. The capacitor 13 and the leakage inductance or the inductance element 14 resonate and are set so that the current waveform of the rectifying diode 7 is sinusoidal.

【0055】15はコンデンサであり、スイッチング素
子4の両端に接続され、スイッチング素子4およびスイ
ッチング素子11に印加される電圧の急峻な変化を抑え
る。なお前記スイッチング素子4とスイッチング素子1
1は同時にオフの期間を持つように制御回路9のオン・
オフ信号と前記同期発振回路6のオン・オフ信号は設定
されている。
Reference numeral 15 denotes a capacitor, which is connected to both ends of the switching element 4 and suppresses a sharp change in the voltage applied to the switching element 4 and the switching element 11. The switching element 4 and the switching element 1
1 turns on the control circuit 9 so that it has an off period at the same time.
The off signal and the on / off signal of the synchronous oscillation circuit 6 are set.

【0056】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、以下にその動作を図4の各部動作波形を
参照しながら説明する。
The operation of the switching power supply device configured as described above will be described below with reference to the operation waveforms of the respective parts of FIG.

【0057】図4において(a)はスイッチング素子4
の両端電圧波形VDSを示しており、(b)は前記スイッ
チング素子4またはダイオード5に流れる1次電流ID
を示しており、(c)は同期発振回路6のスイッチング
素子4の駆動パルス波形VG1を示しており、(d)は前
記スイッチング素子11または整流ダイオード12に流
れる1次電流Icを示しており、(e)はスイッチング
素子11への駆動パルス波形VG2を示しており、(f)
は前記2次巻線3cに流れる2次電流IOを示してお
り、(g)はトランス3の磁束φの変化を示している。
In FIG. 4, (a) shows the switching element 4
2B shows a voltage waveform V DS across both ends of the primary current I D flowing in the switching element 4 or the diode 5.
(C) shows the drive pulse waveform V G1 of the switching element 4 of the synchronous oscillation circuit 6, and (d) shows the primary current I c flowing through the switching element 11 or the rectifying diode 12. , (E) shows the drive pulse waveform V G2 to the switching element 11, (f)
Shows the secondary current I o flowing through the secondary winding 3c, and (g) shows the change of the magnetic flux φ of the transformer 3.

【0058】基本的な動作は第1の実施例の回路構成と
同じであるが、スイッチング素子4とスイッチング素子
11は同時にオフの期間を持ち、その期間にスイッチン
グ素子4とスイッチング素子11に印加される電圧が変
化するように設定されている。スイッチング素子4の両
端にはコンデンサ15が接続されているためスイッチン
グ素子4のターンオフおよびターンオフ時の電圧波形の
急峻な立ち上がり立ち下がりは緩和され、またコンデン
サ15に蓄えられた電荷を前記入力直流電源に回生して
から、スイッチング素子4をターンオンできるため、ス
イッチング素子4のターンオン損失にならない。同様な
効果はスイッチング11にもある。
The basic operation is the same as that of the circuit configuration of the first embodiment, but the switching element 4 and the switching element 11 have an off period at the same time, and the switching element 4 and the switching element 11 are applied during that period. Voltage is set to change. Since the capacitor 15 is connected to both ends of the switching element 4, the turn-off of the switching element 4 and the steep rise and fall of the voltage waveform at the time of turn-off are alleviated, and the electric charge stored in the capacitor 15 is supplied to the input DC power supply. Since the switching element 4 can be turned on after regeneration, there is no turn-on loss of the switching element 4. A similar effect also exists in the switching 11.

【0059】これらのような過渡時以外の動作は図1で
説明した実施例と同様であるので省略する。またこれら
のコンデンサを付加した場合、過渡時においてトランス
3の各巻線の出力インピーダンスが変化し、特にスイッ
チング素子4のオフ時の各巻線電流の初期電流値が変化
するが制御動作そのものへの影響は少なく、2次巻線電
流波形を共振電流とする効果に加えて、スイッチング素
子4とスイッチング素子11に印加される電圧波形は急
峻でないために、ノイズの発生が抑えられ、スイッチン
グ素子4とスイッチング素子11のスイッチング損失の
発生も抑えられる効果がある。さらに本回路構成では、
コンデンサ13とダイオード12によりクランプ回路を
構成しており、第1の従来例に示したスイッチング素子
4のターンオフに伴うサージ電圧の発生がないという効
果もある。
The operation other than the transition is similar to that of the embodiment described with reference to FIG. When these capacitors are added, the output impedance of each winding of the transformer 3 changes at the time of transition, and especially the initial current value of each winding current when the switching element 4 is turned off changes, but this does not affect the control operation itself. In addition to the effect of using the secondary winding current waveform as the resonance current, the voltage waveforms applied to the switching element 4 and the switching element 11 are not steep, so that the generation of noise is suppressed and the switching element 4 and the switching element 11 are suppressed. There is also an effect that the occurrence of switching loss 11 is suppressed. Furthermore, in this circuit configuration,
The clamp circuit is composed of the capacitor 13 and the diode 12, and there is also an effect that no surge voltage is generated due to the turn-off of the switching element 4 shown in the first conventional example.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来の電
流共振1次側回生方式のスイッチング電源装置のスイッ
チング周波数や磁束の変化幅の負荷による変動がほとん
どなく、さらにゼロクロスターンオンが実現でき、同時
に2次側に接続される整流平滑手段のターンオフ電流を
ゼロまたは小さくでき、損失やノイズを効果的に抑える
ことができるという特性を損なうことがなくスイッチン
グ素子の耐圧を下げることができ、さらにトランスの励
磁電圧が小さいことから1次巻線数を少なくでき損失を
減らすことができ、小型、高効率、低ノイズの優れたス
イッチング電源装置を実現するものである。
As described above, according to the present invention, the switching frequency and the variation width of the magnetic flux of the conventional current resonance primary side regeneration type switching power supply device hardly change due to the load, and the zero cross turn-on can be realized. At the same time, the turn-off current of the rectifying / smoothing means connected to the secondary side can be reduced to zero or small, and the withstand voltage of the switching element can be lowered without impairing the characteristics that loss and noise can be effectively suppressed. Since the excitation voltage of the transformer is small, the number of primary windings can be reduced and the loss can be reduced, and a small size, high efficiency, and low noise switching power supply device is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例におけるスイッチング電
源装置を示す回路構成図
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a switching power supply device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の図1の回路構成図の動作波型を示す説
明図
FIG. 2 is an explanatory diagram showing operating waveforms of the circuit configuration diagram of FIG. 1 of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例におけるスイッチング電
源装置を示す回路構成図
FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a switching power supply device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の図2の回路構成図の動作波型を示す説
明図
FIG. 4 is an explanatory diagram showing operating waveforms of the circuit configuration diagram of FIG. 2 of the present invention.

【図5】従来例におけるスイッチング電源装置の回路構
成図
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a switching power supply device in a conventional example.

【図6】従来の図5の回路構成図の動作波型を示す説明
FIG. 6 is an explanatory diagram showing operating waveforms of the conventional circuit configuration diagram of FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力直流電源 2−2′ 入力端子 3 トランス 4 スイッチング素子 5 ダイオード 6 同期発振回路 7 整流ダイオード 8 平滑コンデンサ 9 制御回路 10−10′ 出力端子 11 スイッチング素子 12 整流ダイオード 13 コンデンサ 14 漏れインダクタンスまたはインダクタンス素子 15 コンデンサ 16 平滑コンデンサ 1 Input DC power supply 2-2 'Input terminal 3 Transformer 4 Switching element 5 Diode 6 Synchronous oscillation circuit 7 Rectifying diode 8 Smoothing capacitor 9 Control circuit 10-10' Output terminal 11 Switching element 12 Rectifying diode 13 Capacitor 14 Leakage inductance or inductance element 15 capacitor 16 smoothing capacitor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】オン・オフを繰り返す第1のスイッチング
手段と、少なくとも1次巻線と1つ以上の2次巻線を有
するトランスと、直流電圧を保持するためのコンデンサ
と、前記第1のスイッチング手段がオンのとき入力電圧
を前記トランスの1次巻線と前記コンデンサの直列回路
に印加して前記トランスにエネルギーを蓄え、前記第1
のスイッチング手段がオフのとき前記トランスの2次巻
線から放出されるエネルギーより出力を得る整流平滑手
段と、前記第1のスイッチング手段と交互にオン・オフ
を繰り返す第2のスイッチング手段を介して前記直流電
圧が前記トランスの1次巻線に印加され前記トランスに
エネルギーを蓄え、前記第2のスイッチング手段がオフ
のとき前記トランスに蓄えられたエネルギーを前記トラ
ンスの1次巻線より前記入力電圧へ回生し、前記出力の
電圧制御を前記第1及び第2のスイッチング手段のオン
・オフ比を変化させることで行うように構成され、前記
トランスにより結合された前記整流平滑手段と前記コン
デンサで構成される閉回路内で、トランスの1次巻線と
2次巻線間の漏れインダクタンスもしくは外付けのイン
ダクタンス素子と、前記第1の整流平滑手段または前記
コンデンサまたはその両方で共振し、その共振現象によ
り前記2次巻線の電流を共振電流としたスイッチング電
源装置。
1. A first switching means for repeating on / off, a transformer having at least a primary winding and one or more secondary windings, a capacitor for holding a DC voltage, and the first switching means. When the switching means is on, the input voltage is applied to the series circuit of the primary winding of the transformer and the capacitor to store energy in the transformer,
Through a rectifying and smoothing means for obtaining an output from the energy emitted from the secondary winding of the transformer when the switching means is off, and a second switching means for alternately turning on and off with the first switching means. The DC voltage is applied to the primary winding of the transformer to store energy in the transformer, and when the second switching means is off, the energy stored in the transformer is input from the primary winding of the transformer to the input voltage. Is configured to perform voltage control of the output by changing the ON / OFF ratio of the first and second switching means, and is configured by the rectifying / smoothing means and the capacitor coupled by the transformer. In the closed circuit, the leakage inductance between the primary winding and the secondary winding of the transformer or an external inductance element The first rectifying and smoothing means or said resonates capacitor, or both, switching power supply and resonant current current of the secondary winding by the resonance phenomenon.
【請求項2】第1のスイッチング手段の両端または第2
のスイッチング手段の両端またはその両方にコンデンサ
を接続し、前記第1のスイッチング手段と第2のスイッ
チング手段を両方ともオフとなる期間を持ち、交互にオ
ン・オフを繰り返すようにする請求項1記載のスイッチ
ング電源装置。
2. Both ends of the first switching means or the second
2. A capacitor is connected to both ends or both of the switching means of 1), and both the first switching means and the second switching means have a period in which they are turned off, so that they are alternately turned on and off. Switching power supply.
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