JPH0716302B2 - Switching power supply circuit - Google Patents

Switching power supply circuit

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JPH0716302B2
JPH0716302B2 JP10375986A JP10375986A JPH0716302B2 JP H0716302 B2 JPH0716302 B2 JP H0716302B2 JP 10375986 A JP10375986 A JP 10375986A JP 10375986 A JP10375986 A JP 10375986A JP H0716302 B2 JPH0716302 B2 JP H0716302B2
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power supply
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resistor
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switching power
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誠治 川縁
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スイッチング電源回路にかかわり、特に、
スイッチング半導体素子に対するスナバ回路の改善に関
するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a switching power supply circuit, and in particular,
The present invention relates to an improvement of a snubber circuit for a switching semiconductor device.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明のスイッチング電源回路には、入力電源をスイッ
チングする際に発生する各種振動電圧を除去するため
に、ダイオードと第1の抵抗とコンデンサとを直列に接
続し、この第1の抵抗及びダイオードに対して第2の抵
抗を並列に接続したスナバ回路を構成し、このスナバ回
路を1次巻線に接続したものである。そのため、スイッ
チング時のスパイク電圧を抑圧し、トランジスタの導通
時に流れる突入電流を阻止すると共に、トランジスタの
オフ期間に発生するリンギングを効果的に吸収させるこ
とができる。
In the switching power supply circuit of the present invention, a diode, a first resistor, and a capacitor are connected in series in order to remove various oscillating voltages generated when switching the input power supply. On the other hand, a snubber circuit in which a second resistor is connected in parallel is formed, and this snubber circuit is connected to the primary winding. Therefore, the spike voltage at the time of switching can be suppressed, the inrush current that flows when the transistor is conductive can be blocked, and the ringing that occurs during the off period of the transistor can be effectively absorbed.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

スイッチング電源回路は、高速スイッチング素子の開発
により、高効率,高安定のものが実用化されており、い
わゆるスイッチングレギュレータとして電子機器の各種
電源にも使用されている。
High-efficiency and high-stability switching power supply circuits have been put into practical use due to the development of high-speed switching elements, and they are also used as various switching power supplies for electronic devices.

第3図はスイッチング電源回路の従来例を示したもの
で、Eは入力電源(DC)、L1,L2はトランスの1次側,
及び2次側のコイル、Tはスイッチングトランジス
タ、Dは整流用のダイオード、C0は平滑コンデンサであ
る。
FIG. 3 shows a conventional example of a switching power supply circuit. E is the input power supply (DC), L 1 and L 2 are the primary side of the transformer,
And a coil on the secondary side, Tr is a switching transistor, D is a rectifying diode, and C 0 is a smoothing capacitor.

SはスイッチングトランジスタTのオフ時に発生する
スパイク電圧を抑圧するためのスナバ(Snubber)回路
で、抵抗RとコンデンサCの直列回路より構成されてい
る。
S is a snubber circuit for suppressing a spike voltage generated when the switching transistor Tr is turned off, and is composed of a series circuit of a resistor R and a capacitor C.

上記したスイッチング電源は、第4図に示すようにベー
ス電圧eが正となっているスイッチングトランジスタ
のオン期間に流れているコレクタ電流iによって
1次コイルL1に蓄積された電磁エネルギが、スイッチン
グトランジスタTのオフ期間には2次コイルL2に接続
されているダイオードDを介してコンデンサC0を充電
し、図示しない負荷回路に電力を供給するいわゆるON−
OFF動作型のコンバータとされている。
As shown in FIG. 4, the switching power supply described above has the electromagnetic energy stored in the primary coil L 1 due to the collector current i C flowing in the ON period of the switching transistor T r in which the base voltage e B is positive. but the oFF period of the switching transistor T r to charge the capacitor C 0 through the diode D connected to the secondary coil L 2, and supplies power to a load circuit (not shown) so ON-
It is considered to be an OFF-type converter.

このようなスイッチング電源回路では、スナバ回路Sが
付加されていないとトランジスタTがオフになった瞬
間(時点t1)にリーケージインダクタンスによる共振原
象によって高い振動電圧(スパイク電圧)が発生し、こ
のスパイク電圧がリップル出力となると同時にノイズと
して他の電子回路に悪影響を及ぼす。
In such a switching power supply circuit, unless the snubber circuit S is added, a high oscillating voltage (spike voltage) is generated at the instant when the transistor Tr is turned off (time point t 1 ) due to the resonance source resonance phenomenon. This spike voltage becomes a ripple output and, at the same time, adversely affects other electronic circuits as noise.

しかし、抵抗RとコンデンサCからなるスナバ回路Sを
付加することによって、振動周期を低下し、スパイク電
圧を抑圧することができる。
However, by adding the snubber circuit S including the resistor R and the capacitor C, it is possible to reduce the vibration period and suppress the spike voltage.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、スナバ回路Sの抵抗Rの値を小さくして
スパイク電圧のダンピング効果を高くすると、時点t2
トランジスタTがオンにドライブされた瞬間に点線で
示すような突入電流iがコンデンサCを介して流れ、
消費電力が増大してトランジスタのオーバヒートを誘因
する。
However, if the value of the resistance R of the snubber circuit S is reduced to increase the damping effect of the spike voltage, the inrush current i t as shown by the dotted line at the instant when the transistor Tr is driven on at the time point t 2 is changed to the capacitor C. Flow through,
The power consumption increases and causes overheating of the transistor.

また、スナバ回路Sはスイッチング電源回路が後述する
ようにメッシュタイプとなるように設定されているとき
は、第4図のコレクタ電圧eに示すように時点t0で整
流用のダイオードDがオフになると同時に1次コイルL1
とコンデンサCによってリンギングが発生することにな
り、この場合も抵抗Rが小さい程、リンギングの振幅が
大きくなる。
Further, in the snubber circuit S, when the switching power supply circuit is set to be of the mesh type as described later, the rectifying diode D is turned off at time t 0 as shown by the collector voltage e C in FIG. At the same time as the primary coil L 1
And the capacitor C causes ringing, and in this case as well, the smaller the resistance R, the larger the ringing amplitude.

このリンギングの振幅は1次,及び2次コイルL1,L2
巻線比L2/L1により影響され、特に、入力電圧Eが低い
と、リンギングによってコレクタ電圧eが接地電位以
下になることがあり、スイッチングトランジスタT
逆電圧が印加される恐れがある。
The amplitude of this ringing is influenced by the winding ratio L 2 / L 1 of the primary and secondary coils L 1 and L 2. Especially, when the input voltage E is low, the collector voltage e C falls below the ground potential due to ringing. It made it has, there is a possibility that reverse voltage is applied to the switching transistor T r.

そのため、巻線比L2/L1を大きくするか、またはスイッ
チングレギュレータの動作モードがキーストンタイプ
(トランジスタのオフ時には常にダイオードDが導通し
ているモード)になるように設計する方法があるが、こ
のような条件を満たすためにはスイッチング周期を高く
することが要請され、さらにスイッチングレギュレータ
の最適設計を困難にするという問題があった。
Therefore, there is a method of increasing the winding ratio L 2 / L 1 or designing the operation mode of the switching regulator to be a keystone type (mode in which the diode D is always conducting when the transistor is off). In order to satisfy such a condition, it is required to increase the switching cycle, and there is a problem that the optimal design of the switching regulator becomes difficult.

また、リンギングが大きいとスイッチングトランジスタ
のオン時点t2のコレクタが電圧が一定せず、通常、
整流電圧を一定にするために付加されているフィードバ
ック制御系のループゲインが大きな変動を引き起し、例
えば、このようなスイッチング電源回路がTV受像機等に
使用されているときは、高い音声出力によって画面がゆ
れる音ゆれを起すことがある。
Further, if the ringing is large, the voltage of the collector of the switching transistor Tr at the on-time point t 2 is not constant, and
The loop gain of the feedback control system that is added to keep the rectified voltage constant causes large fluctuations.For example, when such a switching power supply circuit is used in a TV receiver, etc. The screen may fluctuate and cause a sound fluctuation.

この発明は、かかる問題点を低減するためになされたも
ので、スナバ回路に僅かな改善を施すことによってスイ
ッチングオフ時のスパイク電圧を充分抑圧すると共に、
リンギングの影響が小さくなるようにしたスイッチング
電源回路を提供するものである。
The present invention has been made in order to reduce such a problem, and makes a slight improvement in the snubber circuit to sufficiently suppress the spike voltage at the time of switching off, and
It is intended to provide a switching power supply circuit in which the influence of ringing is reduced.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明のスイッチング電源回路にはスナバ回路とし
て、ダイオードと第1の抵抗とコンデンサを直列に接続
すると共に、第1の抵抗に対して、第2の抵抗を並列接
続したものを使用する。
The snubber circuit used in the switching power supply circuit of the present invention includes a diode, a first resistor, and a capacitor connected in series, and a second resistor connected in parallel to the first resistor.

〔作用〕[Action]

スイッチングトランジスタがオフとなった時に発生する
スパイク電圧は、コンデンサと低い値とされている第1
の抵抗,及びダイオードによって効果的にダンプされ、
また、スイッチングトランジスタのオン時点における突
入電流はダイオードによって阻止される。
The spike voltage generated when the switching transistor is turned off is low with the capacitor.
Effectively dumped by the resistance and diode of
Also, the rush current at the time when the switching transistor is turned on is blocked by the diode.

さらに、リンギング電圧は比較的高い値に設定されてい
る第2の抵抗とコンデンサによって充分抑圧することが
できる。
Further, the ringing voltage can be sufficiently suppressed by the second resistor and capacitor which are set to a relatively high value.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明のスイッチング電源回路の主要部分を示
したもので、第3図と同一符号は同一部分を示す。
FIG. 1 shows a main part of the switching power supply circuit of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same parts.

しかしながら、一点鎖線で示したスナバ回路Sとして
は、ダイオードと第1の抵抗R1に対し、第2の抵抗R2
並列に接続されている。
However, in the snubber circuit S indicated by the one-dot chain line, the diode and the first resistor R 1 are connected in parallel with the second resistor R 2 .

なお、第1の抵抗R1に対して第2の抵抗R2は約10倍程度
大きい値とされている。
The second resistance R 2 is about 10 times larger than the first resistance R 1 .

また、図示されていないがスイッチングトランジスタT
のヘース電極には整流電圧の大きさによって、つま
り、負荷電流の大小によって例えばパルス幅が変化する
ようなドライブ信号(PWM信号)が入力され、よく知ら
れているように定電圧特性が得られるように構成されて
いる。
Although not shown, the switching transistor T
A drive signal (PWM signal) whose pulse width changes depending on the magnitude of the rectified voltage, that is, the magnitude of the load current, is input to the hase electrode of r to obtain a constant voltage characteristic as is well known. It is configured to be.

そして、ドライブ信号の周波数は、例えばTVの水平周期
に設定されている。
The frequency of the drive signal is set to the horizontal period of the TV, for example.

本発明のスイッチング電源回路は上述したようなスナバ
回路Sを採用しているので、以下に示すような効果的な
動作を行わせることができる。
Since the switching power supply circuit of the present invention employs the snubber circuit S as described above, the following effective operation can be performed.

第2図のコレクタ電圧波形に示すように、スイッチング
トランジスタTが時点t1でオフになったときは、トラ
ンスのリーケージインダクタンスと分布容量による高い
振動電圧(スパイク電圧)が細線で示すように誘起され
るが、このスパイク電圧はコンデンサC1によって抑圧さ
れ、その直後に発生する振動電圧(電流)は低い値とさ
れている第1の抵抗R1,及びダイオードD1によってダン
ピングされる。また、このときコンデンサC1は図示極性
に充電される。
As shown in the collector voltage waveform in FIG. 2, when the switching transistor Tr is turned off at time t 1 , a high oscillation voltage (spike voltage) due to the leakage inductance and distributed capacitance of the transformer is induced as shown by the thin line. However, this spike voltage is suppressed by the capacitor C 1 , and the oscillating voltage (current) generated immediately after that is damped by the first resistor R 1 and the diode D 1 which are low in value. At this time, the capacitor C 1 is charged to the polarity shown in the figure.

次に、本発明の場合は、メッシュタイプのスイッチング
電源回路とされているため、スイッチングトランジスタ
のオフ期間に充分な電力が平滑コンデンサC0を充電
するので、2次側に接続されている整流用ダイオードD
が時点t2でオフになる。そして、この時点t2でコンデン
サC1と1次コイルL1の間で過渡振動が発生し、リンギン
グが開始されるが、コンデンサC1に充電されていた電圧
は比較的大きい値とされている第2の抵抗R2を介して1
次コイルL1に流れるためリンギングにダンピングが加え
られる。
Next, in the case of the present invention, since it is a mesh type switching power supply circuit, sufficient electric power charges the smoothing capacitor C 0 during the off period of the switching transistor T r , so that it is connected to the secondary side. Rectifying diode D
Turns off at time t 2 . Then, at this time point t 2 , transient vibration occurs between the capacitor C 1 and the primary coil L 1 and ringing starts, but the voltage charged in the capacitor C 1 is set to a relatively large value. 1 via the second resistor R 2
Damping is added to the ringing because it flows to the next coil L 1 .

時点t3ではダイオードD1,第1の抵抗R1を介してリンギ
ング電流が流れるが、次の時点t4では再びダイオードD1
によって逆方向のリンギング電流が阻止され高い抵抗値
とされている第2の抵抗R2を流れる。そのため、リンギ
ングのダンピング効果が充分に発揮される。以下、同様
にリンギングの半同期毎に高い値とされている第2の抵
抗R2に電流が流れるため、リンギングが速やかに収束す
る。
At time t 3 , the ringing current flows through the diode D 1 and the first resistor R 1 , but at the next time t 4 , the diode D 1 again flows.
The reverse ringing current is blocked by and flows through the second resistor R 2 having a high resistance value. Therefore, the damping effect of ringing is sufficiently exerted. Hereinafter, similarly, a current flows through the second resistor R 2 which has a high value for each half-synchronization of the ringing, so that the ringing quickly converges.

時点t6ではスイッチングトランジスタTがオンに反転
するが、このときの突入電流はダイオードD1によって阻
止されているため、無効電力が軽減される。
At time t 6 , the switching transistor Tr is turned on, but the inrush current at this time is blocked by the diode D 1 , so that the reactive power is reduced.

上述したように、本発明のスナバ回路はトランジスタの
オフ時に発生するスパイク電圧は低い値とされている第
1の抵抗R1によって効果的に防止され、整流用ダイオー
ドDがオフとなったときに発生するリンギング電圧(電
流)は第2の抵抗R2によって効果的に抑圧される。
As described above, in the snubber circuit of the present invention, the spike voltage generated when the transistor is off is effectively prevented by the first resistor R 1 having a low value, and when the rectifying diode D is turned off. The ringing voltage (current) generated is effectively suppressed by the second resistor R 2 .

そのため、スイッチングトランジスタTがオン時に反
転するときのコレクタ落差電圧e0の変動が少なくなり、
定電圧特性を持たせるためのフィーバックコントロール
系の変動が改善される。
Therefore, the variation of the collector drop voltage e 0 when the switching transistor T r is inverted when the switching transistor T r is turned on is reduced,
Fluctuation of the feedback control system for providing the constant voltage characteristic is improved.

すなわち、負荷が大きく変動したときはドライブ信号の
パルス幅が出力電圧に対応して変化し、スイッチングト
ランジスタTのオン反転時点t6がコントロールされる
が、リンギング電圧の振幅が抑圧されているので、フィ
ードバック系が円滑に作動し、追従性のよい定電圧特性
が得られるようになる。
That is, when a load is changed greatly varies in response to the pulse width output voltage of the drive signal, but on inverting the time t 6 of the switching transistor T r is controlled, the amplitude of the ringing voltage is suppressed The feedback system operates smoothly, and constant voltage characteristics with good followability can be obtained.

なお、本発明のスイッチング電源回路は従来のスナバ回
路Sの抵抗値R=340Ω、キャパシタンスC1=2700PFに
対し、抵抗値が3.6KΩの抵抗(R2)とダイオードD1を付
加してスナバ回路を改善することにより、同一条件でト
ランジスタの発熱温度を約30℃(室温25℃)低下させる
ことができた。
The switching power supply circuit of the present invention is a snubber circuit in which a resistor (R 2 ) having a resistance value of 3.6 KΩ and a diode D 1 are added to the conventional snubber circuit S having a resistance value R = 340Ω and a capacitance C 1 = 2700PF. It was possible to reduce the heat generation temperature of the transistor by about 30 ° C (room temperature 25 ° C) under the same conditions by improving.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明のスイッチング電源回路
は、スナバ回路としてスパイク電圧をダンピングするた
めの第1の抵抗と、リンギングを抑圧するための第2の
抵抗を設け、これらの抵抗がスパイク電圧,及びリンギ
ング電圧の抑圧に対して効果的に作用するように改善し
ているので、トランジスタの発熱量が低減すると共に、
定電圧特性を得るためのフィードバック系が安定にな
り、電圧変動に対する追従性が向上するという効果があ
る。
As described above, the switching power supply circuit of the present invention is provided with the first resistor for damping the spike voltage and the second resistor for suppressing the ringing as the snubber circuit. In addition, since it is improved to effectively suppress the ringing voltage, the heat generation amount of the transistor is reduced, and
There is an effect that the feedback system for obtaining the constant voltage characteristic becomes stable and the followability to voltage fluctuation is improved.

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

第1図は本発明の一実施例を示すスイッチング電源回路
の主要部の回路図、第2図はスイッチングトランジスタ
のコレクタ電圧を示す波形図、第3図は従来のスイッチ
ング電源回路の主要部を示す回路図、第4図はスパイク
電圧とリンギング電圧を説明するための波形図である。 図中、Eは入力電源、Tはスイッチングトランジス
タ、L1,L2は1次,及び2次コイル(巻線)、Dは整流
用のダイオード、C0は平滑コンデンサ、Sはスナバ回
路、R1は第1の抵抗、R2は第2の抵抗、C1はコンデン
サ、D1はダイオードを示す。
FIG. 1 is a circuit diagram of a main part of a switching power supply circuit showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing a collector voltage of a switching transistor, and FIG. 3 is a main part of a conventional switching power supply circuit. A circuit diagram and FIG. 4 are waveform diagrams for explaining the spike voltage and the ringing voltage. In the figure, E is an input power supply, Tr is a switching transistor, L 1 and L 2 are primary and secondary coils (windings), D is a rectifying diode, C 0 is a smoothing capacitor, S is a snubber circuit, R 1 is a first resistor, R 2 is a second resistor, C 1 is a capacitor, and D 1 is a diode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】トランスの1次巻線に供給されている入力
電源をスイッチングする半導体スイッチング素子にスイ
ッチングパルスを供給し、前記トランスの2次巻線に接
続された整流回路から直流電圧を得るように構成されて
いるスイッチング電源回路において、 前記1次巻線側にダイオードと第1の抵抗とコンデンサ
を直列に接続し、さらに前記第1の抵抗とダイオードの
直列回路に前記第1の抵抗値よりほぼ1桁高い抵抗値を
有する第2の抵抗を並列に接続したスナバ回路を付加し
たことを特徴とするスイッチング電源回路。
1. A switching pulse is supplied to a semiconductor switching element that switches an input power supply supplied to a primary winding of a transformer, and a DC voltage is obtained from a rectifier circuit connected to a secondary winding of the transformer. In the switching power supply circuit configured as described above, a diode, a first resistor and a capacitor are connected in series on the primary winding side, and a series circuit of the first resistor and the diode has A switching power supply circuit characterized by adding a snubber circuit in which a second resistor having a resistance value substantially higher by one digit is connected in parallel.
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