JPS5925580A - Switching regulator - Google Patents

Switching regulator

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JPS5925580A
JPS5925580A JP13502882A JP13502882A JPS5925580A JP S5925580 A JPS5925580 A JP S5925580A JP 13502882 A JP13502882 A JP 13502882A JP 13502882 A JP13502882 A JP 13502882A JP S5925580 A JPS5925580 A JP S5925580A
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capacitor
transistor
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switching
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Tokimune Kitajima
北島 時宗
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NEC Corp
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NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac

Abstract

PURPOSE:To reduce the switching loss and the noise of the titled device by a method wherein the currents of switching transistors are made to a sine wave form utilizing resonance action of a coil and a capacitor. CONSTITUTION:When the switching transistor 3 is made to ON, an input voltage is applied to a winding 12, and a voltage is induced in a winding 13. As a result, a resonance curent flows into the capacitor 15 according to resonance action of the coil 14 and the capacitor 15. When the transistor 3 is made to OFF, and the transistor 18 is made to ON next, electric charge of the capacitor 15 is discharged to the capacitor 8 according to resonance action with the coil 17. Because the currents to flow in the respective transistors 3, 18 become to the sine wave type, noise to be generated is limited to a fundamental wave. Moreover the currents of the transistors 3, 18 are zero at turn-ON time and turn-OFF time, no switching loss is generated, and no surge current is generated also.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスイッチングレギュレータの改良に関するもの
で゛ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in switching regulators.

従来この種のンングルエントスイノテングレギュレータ
として、第1図に示すようなフォワードコンバータが広
く知られており、スイッチングトランジスタ6のスイッ
チング動作によって直流入力電圧から変換された矩形波
パルス電圧ケ、トランス4によって電圧変換した後コイ
ル7とコンデンサ8とからなる平滑回路に印加して、そ
の平均直流電圧乞出力として取り出す。入力電圧、出力
電圧、スイッチング周期、トランジスタのオン幅、トラ
ンスの1次、2次巻線数ケそれぞれVi(v)。
Conventionally, a forward converter as shown in FIG. 1 has been widely known as this type of switching regulator. After the voltage is converted by 4, it is applied to a smoothing circuit consisting of a coil 7 and a capacitor 8, and the average DC voltage output is taken out. Vi (v) for the input voltage, output voltage, switching period, transistor on-width, and number of primary and secondary windings of the transformer.

Vo(V)、 T(sec)、 ToN (see)、
 Nl (turn)、 N2 (turn)とすると
、これらの間には下記(11式の関係がある。
Vo (V), T (sec), ToN (see),
Assuming Nl (turn) and N2 (turn), there is a relationship between them as shown in Equation 11 below.

v O:=: T oN・−’ V+ (V)・・・・
・・・・・・・・畑T   N。
v O:=: T oN・-' V+ (V)...
...... Field T N.

(1)式において、出力電圧■0は通常周期Tを固定し
、オン幅ToNを可変することによって安定化される。
In equation (1), the output voltage (2)0 is normally stabilized by fixing the period T and varying the on-width ToN.

しかし、従来のフォワードコンバータの場合、スイッチ
ングトランジスタの負荷が誘導負荷であり、ターンオン
及びターンオフ時に急激に大電流をスイッチングするた
め、トランジスタ及びダイオードのスイッチングロスが
大きいばかりでな(、放射、ノイズが太きくしかもかな
りの高周波にわたつてレベルが高い、等の欠点があった
。またこれらの欠点はスイッチング動作の高周波化と共
に顕著になるため高周波化による電源の小形化ケ阻害す
る基本的な要因であった。
However, in the case of a conventional forward converter, the load of the switching transistor is an inductive load, and a large current is suddenly switched at turn-on and turn-off, so not only does the switching loss of the transistor and diode become large (it also causes large radiation and noise). However, these drawbacks include the fact that the level is high over a fairly high frequency range.Furthermore, these drawbacks become more noticeable as the frequency of the switching operation increases, so they are a fundamental factor that hinders the miniaturization of power supplies due to the increase in frequency. Ta.

本発明はLC共振作用を利用してサイン波電流をスイッ
チングすることにより前記問題点ケ解消するもので、ス
イッチングトランジスタ及び電圧変換トランスw用いた
スイッチングレギュレータにおいて、第1のダイオード
、第1のコイル及び第1のコンデンサの直列回路を前記
電圧変換トランスの出力側巻線の両端に接続し、前記ス
イッチングトランジスタとオンオフ位相が逆の関係にあ
るスイッチングトランジスタ、第2のコイル及び第2の
コンデンサの直列回路と第2のダイオードとを電1のコ
ンデンサに並列に接続し、負荷抵抗器を第2のコンデン
サに並列に接続したことを特徴とするものである。
The present invention solves the above-mentioned problems by switching a sine wave current using LC resonance effect.In a switching regulator using a switching transistor and a voltage conversion transformer w, the first diode, the first coil and A series circuit of a first capacitor is connected to both ends of the output winding of the voltage conversion transformer, and a series circuit of a switching transistor, a second coil, and a second capacitor having an on-off phase opposite to that of the switching transistor. and a second diode are connected in parallel to the capacitor 1, and a load resistor is connected in parallel to the second capacitor.

以□下、本発明の一実施例を第2図によって説明する。□Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第2図において、電圧変換トラフ2401次側主巻線1
2及びスイッチフグトランジスタ乙の直列回路と、トラ
ンス4\、の1次側補助巻線11及びダイオード2の直
列回路とを入力電源1に接続し、第1のダイオード5、
第1のコイル14及び第1のコンデンサ15の直列口W
(1ランス4の2次側巻線1ろの両端に接続し、第2の
コイル17、スイッチングトランジスタ18及び第2の
コンデンサ8の直列回路と第2のダイオード16とを第
1のコンデンサ15に並列に接続する。さらにコンデン
サ80両端電圧乞スイッチングレギュレータの出力電圧
とし第2のコンデンサ8に負荷抵抗器9ヶ並列に接続す
る。またトランジスタ6は制御回路10によって駆動し
出力検出電圧乞安定化するように発振周波数を調整する
。トランジスタ18はトランス4の2次側巻線19によ
って1駆動し、トランジスタ6とそのオンオフ位相が逆
になろ゛ように接続する。
In FIG. 2, voltage conversion trough 240 primary main winding 1
2 and the switch puffer transistor B, and the series circuit of the primary side auxiliary winding 11 of the transformer 4\, and the diode 2 are connected to the input power supply 1, and the first diode 5,
Series port W of first coil 14 and first capacitor 15
(Connected to both ends of the secondary winding 1 of the lance 4, and connected the series circuit of the second coil 17, switching transistor 18, and second capacitor 8, and the second diode 16 to the first capacitor 15. Furthermore, nine load resistors are connected in parallel to the second capacitor 8, with the voltage across the capacitor 80 being the output voltage of the switching regulator.The transistor 6 is driven by the control circuit 10 to stabilize the output detection voltage. The oscillation frequency is adjusted as shown in FIG.

すなわ゛ち、トランジスタ6がオンし巻線12に入力電
圧が印加されて生ずる巻線19の誘起電圧がトランジス
タ18をオフするように接続され、トランジスタ18は
トランジスタ6がオンした時巻線19に発生するフライ
/ζツク電圧によってオンする。
That is, the transistor 18 is connected so that when the transistor 6 is turned on and the input voltage is applied to the winding 12, the induced voltage in the winding 19 turns off the transistor 18. It is turned on by the fly/zet voltage generated.

ここでトランジスタ3がオン、トランジスタ18がオフ
している期間(1/2周期)乞サイクルI、その逆の期
間(1/2周期)乞サイクル■とすると、本回路のスイ
ッチング動作期間はサイクル1、IIかもなり2つのサ
イクルによって一周期を形成する。
Here, assuming that the period in which the transistor 3 is on and the transistor 18 is off (1/2 cycle) is a cycle I, and the reverse period (1/2 cycle) is a cycle ■, the switching operation period of this circuit is cycle 1. , II also form one period with two cycles.

上記のような回路構成において、まずトランジスタろが
オンする直前のコンデンサ150両端電圧は後述するよ
うにOvである。したがって、サイクルIにおいてトラ
ンジスタろがオンすると、巻線12に入力電圧が印加さ
れ巻数12.13の比に応じた電圧が巻線13に誘起さ
れろ。その結果コイル14とコンデンサ15との共振作
用により共振電流IL+4(A)がコンデンサ15へ流
れ込む。この充電電流が流れ終った時点でコンデンサ1
5の両端電圧VC+4(V)は第6図(3)に示すよう
に共振波形の最大値をとる。
In the above circuit configuration, the voltage across the capacitor 150 immediately before the transistor is turned on is Ov, as will be described later. Therefore, when the transistor 1 turns on in cycle I, an input voltage is applied to the winding 12, and a voltage corresponding to the ratio of the number of turns, 12.13, is induced in the winding 13. As a result, a resonance current IL+4 (A) flows into the capacitor 15 due to the resonance effect between the coil 14 and the capacitor 15. When this charging current finishes flowing, capacitor 1
The voltage VC+4 (V) across the antenna 5 takes the maximum value of the resonant waveform as shown in FIG. 6 (3).

ここでコイル14のインターフタンス、コンアンサ15
の容量、入力電源電圧、巻線12.13の巻数をそれぞ
れL14(Hl、 Cl5(F)、 E(V)、 Nl
 (TURN)、 N2(TtJI(N)とし、またサ
イクルlの開始を原点とする時刻をtとすると、下式(
2)〜(4)の関係が成り立つ。
Here, the interftance of coil 14, con answer 15
The capacity, input power supply voltage, and number of turns of winding 12.13 are respectively L14 (Hl, Cl5(F), E(V), Nl
(TURN), N2(TtJI(N), and the time when the start of cycle l is the origin is t, then the following formula (
The relationships 2) to (4) hold true.

但し、0 < 1 <πF−7弱  (s代)・・・・
・・・(4)である。
However, 0 < 1 < πF-7 little (s generation)...
...(4).

サイクルIの残りの期間πm<t<(Tはスイッチング
周期)においてはコンデンサー5の充電は完了している
が、トランジスタ18はオフ状態であり、ダイオード5
の導通方向が逆向きのため、コンデンサー5かも入力側
及び出力側へ放電されず、コンデンサー5は充電時の最
大電圧Vc15 (MAX) = 2 Eを維持する。
During the remaining period of cycle I πm<t< (T is the switching period), charging of the capacitor 5 is completed, but the transistor 18 is in an off state, and the diode 5
Since the direction of conduction is opposite, the capacitor 5 is not discharged to the input side or the output side, and the capacitor 5 maintains the maximum voltage Vc15 (MAX) = 2E during charging.

次にサイクル■(−ffl−< t <T )において
、トラツプスタ6がオフしトランジスタ18がオンする
と、コイル17との共振作用によりコンデンサー5の電
荷は第6図(2)に示すようにコンデンサ8へ放電され
ろ。この時巻線13にはフライノくツク電圧が発生して
いるが、これはコンデンサー5の両端電圧と逆極性であ
り、ダイオード5が非導通方向であるためにコンデンサ
ー5から巻線13側へ電荷が放電されることはない。
Next, in cycle 2 (-ffl-<t<T), when the trapstor 6 is turned off and the transistor 18 is turned on, the charge on the capacitor 5 is transferred to the capacitor 8 due to resonance with the coil 17, as shown in FIG. 6(2). Be discharged to. At this time, a flying voltage is generated in the winding 13, but this has the opposite polarity to the voltage across the capacitor 5, and since the diode 5 is in the non-conducting direction, a charge flows from the capacitor 5 to the winding 13. is never discharged.

ここでコイル17のインダクタンス、コン1ンサ8の両
端電圧をそれぞれL1□(1−[1,Vo(V)とする
と、コンデンサー5が放電ケ開始し、その両端電圧75
;QVに1已4での時間ケτDC(sec)とすると、
コイル17の電流I L12 (A)及びコンデンサー
5の両端ミノ 圧VC+5(V)は下式(5)〜(9)であられされる
Here, if the inductance of the coil 17 and the voltage across the capacitor 8 are respectively L1
;If QV is 1×4 time τDC (sec), then
The current I L12 (A) of the coil 17 and the voltage VC+5 (V) across the capacitor 5 are calculated by the following equations (5) to (9).

第ろ図かられかるようにコンデンサ15の両端電圧がo
Vまで低下した時コイル17の励磁電流は最大となる。
As can be seen from the diagram, the voltage across the capacitor 15 is o
When the voltage drops to V, the excitation current of the coil 17 reaches its maximum.

コイル17の最大励磁電流IL17mい)は下式(11
)で表わされる。
The maximum excitation current IL17m of the coil 17 is calculated by the following formula (11
).

・・・・・・・・Ql] 以後コイル17の励磁電流はターイオード16乞介して
リセットされる。
...Ql] Thereafter, the excitation current of the coil 17 is reset via the third diode 16.

このリセット期間をτR8(sec)とすると、この期
間のコイル17の電流I LH及びr R8ハ下式H,
Q31で表わされる。
If this reset period is τR8 (sec), then the current I of the coil 17 during this period is LH and rR8.
It is represented by Q31.

Vo      T I L17−I L17 m   b、、  (t−1
7DC)  込)   ・−−aa147 IL、、m τR8=              (sec)  
 ・・・・・・・・・・・・0階■0 コイル17の消磁完了後は次のサイクル1が開始される
まで、回路動作は静止している。
Vo T I L17-I L17 m b,, (t-1
7DC) included) ・--aa147 IL,,m τR8= (sec)
......0th floor ■0 After the demagnetization of the coil 17 is completed, the circuit operation remains stationary until the next cycle 1 is started.

尚、前記(4)〜0階式を導き出すにあたって、コンデ
ンサ8の両端電圧、すなわち出力電圧Voはコンデンサ
8と抵抗器9どの放電回路の時定数は周期Tに比べて非
常に大きいと仮定しており、サイクルI、Ifを通して
その電圧値は不変であるとした。
Furthermore, in deriving the above-mentioned (4) to zero-order equations, the voltage across the capacitor 8, that is, the output voltage Vo, is based on the assumption that the time constant of the discharge circuit of the capacitor 8 and the resistor 9 is much larger than the period T. It is assumed that the voltage value remains unchanged throughout cycles I and If.

以上の説明かられかるように各トランジスタを流れる電
流がサイン波状のため発生するノイズは一基本波のみで
あり高調波成分はない。
As can be seen from the above explanation, since the current flowing through each transistor has a sine wave shape, the noise generated is only one fundamental wave and there is no harmonic component.

またターンオフ及びターンオフ時のトランジスタろ、1
8の電流はOでありスイッチングロスはなくまたサージ
電流もない。したがって動作周波数を高周波化しても、
ノイズ、サージ電流が増大したり電源の電力変換効率が
低下するようなことはない。
Also, the transistor at turn-off and turn-off, 1
The current of No. 8 is O, and there is no switching loss and no surge current. Therefore, even if the operating frequency is increased,
There is no increase in noise or surge current, or a decrease in the power conversion efficiency of the power supply.

倚、トランジスタ6がオンの時トランス4に励磁された
電力はトランジスタ6がオフの時巻線11及びダイオー
ド2乞介して入力電源1へ帰還される。
The power excited in the transformer 4 when the transistor 6 is on is fed back to the input power source 1 via the winding 11 and the diode 2 when the transistor 6 is off.

ここで動作周波数、負荷抵抗器9の抵抗値をそれぞれf
(Hz)、−(Ω)とすると、出力電力Po(W)は ++5)のように表わされろ。すなわち、となる。
Here, the operating frequency and the resistance value of the load resistor 9 are f
(Hz) and -(Ω), the output power Po (W) can be expressed as ++5). In other words, it becomes.

上式から出力電圧Voは動作周波数f(Hz)、負荷抵
抗器9の抵抗値R9(Ω)、入力電圧E(V)の関数で
あり、逆に入力電圧B(V)あるいは負荷抵抗器9の抵
抗値R9(Ω)の変動に対して周波数f(llz)’(
ff調整することにより、出力電圧が安定化することが
わかる。
From the above equation, the output voltage Vo is a function of the operating frequency f (Hz), the resistance value R9 (Ω) of the load resistor 9, and the input voltage E (V), and conversely, the output voltage Vo is a function of the input voltage B (V) or the load resistor 9 The frequency f(llz)'(
It can be seen that the output voltage is stabilized by adjusting ff.

以上説明したように本発明はコイルとコンデンサの共振
作用を利用しスイッチングトう/ジスタの電流をサイン
波状にするため、スイッチングロスが少なく高周波化し
た場合でも低損失でしかもノイズ的には共振周波数の基
本波のみであり、原理的に低ノイズである等のすぐれた
特徴を有するものである。
As explained above, the present invention utilizes the resonance effect of the coil and capacitor to make the current of the switching transistor/resistor into a sine wave shape.Therefore, the switching loss is small and even when the frequency is increased, the loss is low and the noise is kept at the resonant frequency. It has excellent features such as only the fundamental wave and low noise in principle.

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

第1図は従来のフォワード方式の動作ン説明するだめの
ブロック図、第2図は本発明の一実施例を示すだめの回
路図、第6図は第2図の動作を・示す波形図である。 1 ゛・・入力電源         3・・・スイッ
チングトランジスタ4・・・電圧変換トランス  5・
・第1のダイオード8・・第2のコンデンサ  9・・
・負荷抵抗器14・・第1のコイル   15・・第1
のコンデンサ16二・・第2のダイオード  17・・
第2のコイル18 ・ スイッチングトランジスタ 詩許出願人 日本電気株式会社 代理人 弁理士 菅  野      中   、)、
−□2声
Fig. 1 is a block diagram for explaining the operation of the conventional forward method, Fig. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and Fig. 6 is a waveform diagram showing the operation of Fig. 2. be. 1 ゛... Input power supply 3... Switching transistor 4... Voltage conversion transformer 5.
-First diode 8...Second capacitor 9...
-Load resistor 14...first coil 15...first
Capacitor 162...Second diode 17...
Second coil 18 ・Switching transistor Patent attorney Naka Kanno, patent attorney for NEC Co., Ltd.
−□2 voices

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] +ll  スイッチングトランジスタ及び電圧変換トラ
ンスを用いたスイッチングレギュレータにおいて、第1
のダイオード、第1のコイル及び第1のコンデンサの直
列回路乞前記電圧変換トランスの出力側巻線の両端に接
続し、前記スむツチングトランジスタとオンオフ位相が
逆の関係にあるスイッチングトランジスタ、第2のコイ
ル及び第2のコンデンサの直列回路と第2のターンオフ
時とを第1のコンデンサに並列に接続し、負荷抵抗器乞
第2のコンデンサに並列に接続したこと乞特徴とするス
イッチングレギュレータ。
+ll In a switching regulator using a switching transistor and a voltage conversion transformer, the first
A switching transistor connected to both ends of the output winding of the voltage conversion transformer and having an on-off phase opposite to that of the switching transistor, A switching regulator characterized in that a series circuit of a second coil and a second capacitor and a second turn-off time are connected in parallel to the first capacitor, and a load resistor is connected in parallel to the second capacitor.
JP13502882A 1982-08-02 1982-08-02 Switching regulator Granted JPS5925580A (en)

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JPH0147116B2 JPH0147116B2 (en) 1989-10-12

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5062031A (en) * 1988-12-16 1991-10-29 Erbe Elektromedizin Gmbh Self oscillating power stage for inverted rectifier power supply
US5220492A (en) * 1989-12-26 1993-06-15 Systel Development And Industries Ltd. Inverter and power supply systems including same
JP2009303474A (en) * 2008-05-14 2009-12-24 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Switching power supply

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JPH0147116B2 (en) 1989-10-12

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