KR102449387B1 - switching power supply - Google Patents
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Abstract
포워드 방식의 스위칭 전원에 있어서 리셋 회로를 불필요하게 하며 또한 트랜스에 축적된 에너지를 2차측에 출력 가능하게 한다.
트랜스와, 1차 코일에 흐르는 전류를 도통 또는 차단하도록 온 오프 구동되는 스위칭 소자(Q)와, 2차 코일의 일단과 출력단(3) 사이에 접속된 초크 코일과, 2차 코일의 타탄과 출력단(4) 사이에 접속되어 온일 때에 2차 코일의 타단의 전위에 대하여 순 바이어스이며 오프일 때에 역 바이어스가 되는 제 1 정류 수단과, 2차 코일의 일단과 출력단(4) 사이에 접속되어 온일 때에 2차 코일의 일단의 전위에 대하여 역 바이어스이며 또한 오프일 때에 순 바이어스가 되는 제 2 정류 수단과, 2차 코일의 타단과 출력단(3) 사이에 접속되어 온일 때에 2차 코일의 타단의 전위에 대하여 역 바이어스이며 온프일 때에 순 바이어스가 되는 제 3 정류 수단과, 출력단 사이의 평활 콘덴서를 갖는 스위칭 전원.In a forward-type switching power supply, a reset circuit is unnecessary, and the energy stored in the transformer can be output to the secondary side.
A transformer, a switching element (Q) driven on and off to conduct or cut off current flowing in the primary coil, a choke coil connected between one end of the secondary coil and an output end (3), and a tartan and an output end of the secondary coil (4) is connected between the first rectifying means, which is forward biased with respect to the potential of the other end of the secondary coil when it is on and reverse biased when it is off, and is connected between one end of the secondary coil and the output terminal 4 when it is on The second rectifying means is reverse biased with respect to the potential of one end of the secondary coil and is forward biased when it is off, and the second rectifying means is connected between the other end of the secondary coil and the output terminal 3 to the potential of the other end of the secondary coil when it is on. A switching power supply having a third rectifying means that is reverse biased with respect to and forward biased when turned on, and a smoothing capacitor between an output stage.
Description
본 발명은 포워드 방식의 스위칭 전원에 관한 것이다.The present invention relates to a forward switching power supply.
트랜스(transformer, 트랜스포머, 변압기)의 1차 코일에 입력되는 직류 전력을 스위칭 소자에 의해 온 오프함으로써 2차 코일로부터 소망하는 직류 전력을 인출하는 절연형 스위칭 전원은 주지이다. 절연형 스위칭 전원에 있어서의 포워드 방식도 또한 주지이다.An insulated switching power supply that draws a desired DC power from a secondary coil by turning on/off the DC power input to the primary coil of a transformer (transformer, transformer) by a switching element is well known. A forward method in an isolated switching power supply is also well known.
포워드 방식에서는 스위칭 소자의 온 기간에 1차 코일에 여자(勵磁)전류가 흐르고, 상호 유도에 의해 권수비에 따라 2차 코일에 부하 전류가 흐르고, 대응해서 1차 코일에도 부하 전류가 흐른다. 2차 코일의 부하 전류는 출력 다이오드와 외부에 부착된 초크 코일을 통해 출력됨과 아울러, 외부에 부착된 초크 코일을 여자하여 자기 에너지를 축적한다. 스위칭 소자의 오프 기간에는 외부에 부착된 초크 코일에 축적된 자기 에너지를 방출하도록 플라이휠 다이오드를 통해 출력 전류가 흐른다.In the forward method, an excitation current flows in the primary coil during the ON period of the switching element, a load current flows in the secondary coil according to the turns ratio by mutual induction, and a corresponding load current also flows in the primary coil. The load current of the secondary coil is output through the output diode and the choke coil attached to the outside, and magnetic energy is accumulated by excitation of the choke coil attached to the outside. During the off period of the switching element, an output current flows through the flywheel diode to release the magnetic energy accumulated in the externally attached choke coil.
포워드 방식은 온 기간에 여자 전류에 의해 트랜스에 축적된 자기 에너지를 오프 기간에 방출하기 위해서 트랜스의 1차측에 리셋 회로가 필요하다. 리셋 회로는 일반적으로 다이오드, 콘덴서, 및 저항에 의해 구성되고, 또한 1차 코일에 리셋용 코일을 부가한 구성도 있으며, 다양한 구성의 리셋 회로가 공지이다(예를 들면, 특허문헌 1 등).The forward method requires a reset circuit on the primary side of the transformer to release the magnetic energy accumulated in the transformer by the excitation current during the on period during the off period. A reset circuit is generally comprised by a diode, a capacitor|condenser, and a resistor, and also the structure which added the coil for a reset to the primary coil also exists, and the reset circuit of various structures is well-known (for example,
그러나, 포워드 방식의 스위칭 전원에 있어서의 일반적인 리셋 회로에서는 리셋 전류가 다이오드를 통해 콘덴서를 충전하고, 콘덴서에 축적된 에너지가 저항에 의해 소비되는 구성으로 되어 있어 전력이 헛되이 소비되게 된다. 또한, 1차 코일에 리셋용 코일을 부가한 구성은 트랜스가 커진다는 결점이 있다.However, in a general reset circuit in a forward-type switching power supply, the reset current charges the capacitor through the diode, and the energy stored in the capacitor is consumed by the resistor, so that power is wasted. Moreover, the structure which added the coil for a reset to the primary coil has the fault that a transformer becomes large.
또한, 리셋 전류를 입력측으로 회생시키는 구성의 리셋 회로도 공지이지만, 2차측에 전력을 보낼 수는 없다.A reset circuit configured to regenerate a reset current to the input side is also known, but power cannot be sent to the secondary side.
이상의 문제점을 감안하여, 본 발명의 목적은 포워드 방식의 스위칭 전원에 있어서 리셋 회로를 불필요하게 함과 아울러, 트랜스에 축적된 자기 에너지를 2차측의 전력으로서 출력 가능하게 하는 것이다.In view of the above problems, an object of the present invention is to make it possible to output the magnetic energy stored in the transformer as secondary power while eliminating the need for a reset circuit in a forward switching power supply.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 이하의 구성을 제공한다. 또한, 괄호 안의 부호는 후술하는 도면 안의 부호이며, 참고를 위해서 붙이는 것이다.In order to achieve the above object, the present invention provides the following configurations. In addition, the code|symbol in parentheses is a code|symbol in the drawing mentioned later, and is attached for reference.
·본 발명의 실시형태는 스위칭 전원에 있어서,An embodiment of the present invention is a switching power supply,
트랜스(T)와,Trans (T) and
입력 전압에 의해 상기 트랜스(T)의 1차 코일(N1)에 흐르는 전류를 도통 또는 차단하기 위해서 온 오프 구동되는 제어단을 구비하는 스위칭 소자(Q)와,A switching element (Q) having a control stage that is driven on and off to conduct or cut off a current flowing in the primary coil (N1) of the transformer (T) by an input voltage (Q);
상기 트랜스의 2차 코일(N2)의 일단과 제 1 출력단(3) 사이에 접속된 초크 코일(CH)과,a choke coil (CH) connected between one end of the secondary coil (N2) of the transformer and the first output terminal (3);
상기 트랜스(T)의 2차 코일(N2)의 타단과 제 2 출력단(4) 사이에 접속되고, 상기 스위칭 소자(Q)의 온 시에 상기 2차 코일(N2)의 타단에 발생하는 전위에 대하여 순 바이어스가 되며 또한 오프 시에 상기 2차 코일(N2)의 타단에 발생하는 전위에 대하여 역 바이어스가 되는 제 1 정류 수단(D1)과,It is connected between the other end of the secondary coil N2 of the transformer T and the
상기 트랜스(T)의 상기 2차 코일(N2)의 일단과 상기 제 2 출력단(4) 사이에 접속되고, 상기 스위칭 소자(Q)의 온 시에 상기 2차 코일(N2)의 일단에 발생하는 전위에 대하여 역 바이어스가 되며 또한 오프 시에 상기 2차 코일(N2)의 일단에 발생하는 전위에 대하여 순 바이어스가 되는 제 2 정류 수단(D2)과,It is connected between one end of the secondary coil N2 of the transformer T and the
상기 트랜스(T)의 상기 2차 코일(N2)의 타단과 상기 제 1 출력단(3) 사이에 접속되고, 상기 스위칭 소자(Q)의 온 시에 상기 2차 코일(N2)의 타단에 발생하는 전위에 대하여 역 바이어스가 되며 또한 오프 시에 상기 2차 코일(N2)의 타단에 발생하는 전위에 대하여 순 바이어스가 되는 제 3 정류 수단(D3)과,It is connected between the other end of the secondary coil N2 of the transformer T and the
상기 제 1 출력단(3)과 상기 제 2 출력단(4) 사이에 접속된 평활 콘덴서(C)를 갖는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it has a smoothing capacitor (C) connected between the first output terminal (3) and the second output terminal (4).
·상기 실시형태에 있어서, 상기 제 1 정류 수단(D1), 상기 제 2 정류 수단(D2), 및 상기 제 3 정류 수단(D3)이 각각 다이오드인 것이 적합하다.- In the above embodiment, it is preferable that the first rectifying means D1, the second rectifying means D2, and the third rectifying means D3 are each a diode.
·본 발명의 다른 실시형태는 상기 제 1 정류 수단(D1) 대신에 상기 트랜스(T)의 2차 코일(N2)의 타단과 제 2 출력단(4) 사이에 접속된 전류로와 상기 전류로를 흐르는 전류를 도통 또는 차단하기 위해서 온 오프 구동되는 제어단을 구비하는 제 2 스위칭 소자(Q2)를 갖고,In another embodiment of the present invention, the current path and the current path connected between the
상기 제 2 스위칭 소자(Q2)는 상기 스위칭 소자(Q)와 동기해서 온 오프 구동되는 것이 적합하다.Preferably, the second switching element Q2 is driven on and off in synchronization with the switching element Q.
·상기 다른 실시형태에 있어서, 상기 제 2 정류 수단(D2) 및 상기 제 3 정류 수단(D3)이 각각 다이오드인 것이 적합하다.- In the other embodiment, it is preferable that the second rectifying means D2 and the third rectifying means D3 are each a diode.
(발명의 효과)(Effects of the Invention)
본 발명은 포워드 방식의 스위칭 전원에 있어서, 2차측의 구성 요소로서 종래의 초크 코일, 출력 다이오드 및 플라이휠 다이오드에 상당하는 정류 수단에 추가하여 제 3 정류 수단을 추가함으로써 종래의 포워드 방식에 있어서의 출력 전류에 추가하여 스위칭 소자의 온 기간에 트랜스에 축적된 자기 에너지를 방출시키는 전류를 오프 기간에 2차 코일에 흘려서 출력할 수 있다. 따라서 트랜스의 이용 효율이 향상한다.The present invention relates to a forward-type switching power supply by adding a third rectifying means in addition to the conventional choke coil, output diode, and flywheel diode-equivalent rectifying means as a secondary side component in the conventional forward-type switching power supply. In addition to the current, a current that releases the magnetic energy accumulated in the transformer during the ON period of the switching element may be flowed through the secondary coil during the OFF period to output the current. Therefore, the utilization efficiency of a transformer improves.
이 결과, 트랜스의 자기 리셋을 행할 수 있으므로 종래의 포워드 방식에 있어서의 1차측의 리셋 회로가 불필요하게 된다. 따라서, 리셋 회로에 의한 전력 손실이 발생하지 않는다. 또한 적합하게는 다이오드인 정류 수단을 1개 추가하는 것만으로 리셋 회로를 생략할 수 있으므로 회로 전체를 컴팩트하게 하며 또한 저비용으로 할 수 있다. 또한, 트랜스에 축적된 자기 에너지를 2차측에 전류로서 출력할 수 있으므로 종래보다 큰 전력 변환이 가능하다.As a result, since the transformer can be self-reset, the reset circuit on the primary side in the conventional forward method becomes unnecessary. Therefore, no power loss due to the reset circuit occurs. Furthermore, since the reset circuit can be omitted only by adding one rectifying means which is suitably a diode, the whole circuit can be made compact and can be made at low cost. In addition, since the magnetic energy accumulated in the transformer can be output as a current to the secondary side, it is possible to convert greater power than conventional ones.
도 1은 본 발명에 의한 스위칭 전원의 제 1 실시형태의 구성예를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 회로에 있어서의 온 기간의 전류의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 회로에 있어서의 오프 기간의 전류의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 회로도에 있어서의 전압 및 전류의 시간 변화의 예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 스위칭 전원의 제 2 실시형태의 구성예를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 회로에 있어서의 온 기간의 전류의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 나타낸 회로에 있어서의 오프 기간의 전류의 흐름을 나타낸 도면이다.1 is a circuit diagram schematically showing a configuration example of a first embodiment of a switching power supply according to the present invention.
Fig. 2 is a diagram showing the flow of current in the ON period in the circuit shown in Fig. 1;
Fig. 3 is a diagram showing the flow of current in the OFF period in the circuit shown in Fig. 1;
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an example of time changes in voltage and current in the circuit diagram shown in FIG. 1 .
Fig. 5 is a circuit diagram schematically showing a configuration example of a second embodiment of a switching power supply according to the present invention.
Fig. 6 is a diagram showing the flow of current in the ON period in the circuit shown in Fig. 5;
Fig. 7 is a diagram showing the flow of current in the OFF period in the circuit shown in Fig. 5;
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 스위칭 전원의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of the switching power supply by this invention is described in detail, referring drawings.
본 발명에 의한 스위칭 전원은 한쌍의 입력단과 한쌍의 출력단 사이에서 트랜스를 통해 전력 변환을 행하는 절연형의 것이다. 한쌍의 입력단 사이에 직류 전력이 공급된다. 공급되는 직류 전력은 다른 임의의 직류 전원의 출력이어도 좋고, 교류 전원의 정류 후의 출력이어도 좋다. 따라서, 입력되는 직류 전압은 일정전압의 경우 이외에 일극성이 변동하는 전압의 경우도 포함된다. 예를 들면, 교류 정류 후의 맥류, 방형파, 삼각파 등이다. 한쌍의 출력단에는 부하가 접속된다(도면에서는 생략).The switching power supply according to the present invention is of an insulated type that performs power conversion between a pair of input terminals and a pair of output terminals through a transformer. DC power is supplied between the pair of input terminals. The supplied DC power may be the output of any other DC power supply, or may be the output after rectification of the AC power supply. Accordingly, the input DC voltage includes a voltage with a variable polarity in addition to the case of a constant voltage. For example, it is a pulsating flow after alternating current rectification, a square wave, a triangular wave, etc. A load is connected to the pair of output terminals (not shown in the figure).
(1) 제 1 실시형태(1) first embodiment
<스위칭 전원의 구성><Configuration of switching power supply>
도 1은 본 발명에 의한 스위칭 전원의 제 1 실시형태의 구성예를 개략적으로 나타내는 회로도이다. 본 회로는 입력단(1)과 입력단(2) 사이에 직류 전력이 공급된다. 즉, 직류 전압이 인가된다. 또한, 출력단(3)과 출력단(4) 사이에 직류 전력이 출력된다. 이하에서는 입력측의 기준 전위인 입력단(2)에 대하여 입력단(1)이 정전위가 되는 입력 전압이 인가되고, 출력측의 기준 전위인 출력단(4)에 대하여 출력단(3)이 정전위가 되는 전압이 출력되는 경우에 대하여 설명한다.1 is a circuit diagram schematically showing a configuration example of a first embodiment of a switching power supply according to the present invention. In this circuit, DC power is supplied between the input terminal (1) and the input terminal (2). That is, a DC voltage is applied. In addition, DC power is output between the
본 회로는 1차 코일(N1)과 2차 코일(N2)을 구비하는 트랜스(T)를 갖는다. 각 코일의 권취 개시 단자를 검정 동그라미로 나타내고 있다(검정 동그라미는 코일의 극성을 나타낸다). 코일에 대해서 「일단」과 「타단」이라고 하는 경우에는 「권취 개시 단자」와 「권취 종료 단자」의 경우와, 「권취 종료 단자」와 「권취 개시 단자」의 경우의 쌍방이 포함된다.This circuit has a transformer T including a primary coil N1 and a secondary coil N2. The winding start terminal of each coil is indicated by a black circle (the black circle indicates the polarity of the coil). When referring to "one end" and "the other end" with respect to a coil, both cases of "winding start terminal" and "winding end terminal", and both cases of "winding end terminal" and "winding start terminal" are included.
본 발명의 스위칭 전원은 포워드 방식의 회로를 기본 구성으로 하므로 1차 코일(N1)과 2차 코일(N2)은 밀결합인 것, 즉 자기 결합의 결합 계수가 1에 가까운 것이 적합하다.Since the switching power supply of the present invention has a forward circuit as a basic configuration, it is suitable that the primary coil N1 and the secondary coil N2 are tightly coupled, that is, the coupling coefficient of magnetic coupling is close to 1.
1차 코일(N1)의 일단(본 예에서는 권취 개시 단자)이 입력단(1)에 접속되어 있다. 1차 코일(N1)의 타단(본 예에서는 권취 종료 단자)에 N채널 FET인 스위칭 소자(Q)의 드레인이 접속되고, 소스가 입력단(2)에 접속되어 있다. 스위칭 소자(Q)의 제어단인 게이트에는 제어 전압(Vg)으로서 소정의 스위칭 주파수 및 듀티비의 펄스 전압이 입력된다.One end of the primary coil N1 (in this example, a winding start terminal) is connected to the
이 경우, 제어 전압(Vg)이 소스(입력단(2)) 전위에 대하여 정전위일 때 스위칭 소자(Q)는 온이 되어 1차 코일(N1)과 입력단(2) 사이의 전류로가 도통한다. 제어 전압(Vg)이 0일 때 스위칭 소자(Q)는 오프가 되어 1차 코일(N1)과 입력단(2) 사이의 전류로는 차단된다.In this case, when the control voltage Vg has a positive potential with respect to the source (input terminal 2) potential, the switching element Q is turned on and a current path between the primary coil N1 and the
스위칭 소자(Q)로서 FET 이외에, 예를 들면 IGBT 또는 바이폴러트랜지스터 등의 스위칭 소자를 사용해도 좋다.As the switching element Q, other than the FET, for example, a switching element such as an IGBT or a bipolar transistor may be used.
본 발명의 스위칭 전원은 포워드 방식을 기본 구성으로 하고 있지만, 일반적인 포워드 방식에 있어서 필수인 트랜스 1차측의 리셋 회로는 도시한 바와 같이 설치되어 있지 않아 불필요하다.Although the switching power supply of the present invention has a forward system as a basic configuration, a reset circuit on the primary side of the transformer, which is essential in a general forward system, is not provided as shown and is unnecessary.
2차 코일(N2)의 일단(본 예에서는 권취 개시 단자)과 출력단(3) 사이에는 초크 코일(CH)이 접속되어 있다.A choke coil CH is connected between one end of the secondary coil N2 (a winding start terminal in this example) and the
2차 코일(N2)의 타단(본 예에서는 권취 종료 단자)과 출력단(4) 사이에는 다이오드(D1)가 접속되어 있다. 다이오드(D1)의 극성은 애노드가 출력단(4)측, 캐소드가 2차 코일의 타단측이 되는 방향이다. 다이오드(D1)는 스위칭 소자(Q)의 온 시에 2차 코일(N2)의 타단에 발생하는 전위에 대하여 순 바이어스가 되며, 또한 스위칭 소자(Q)의 오프 시에 2차 코일(N2)의 타단에 발생하는 전위에 대하여 역 바이어스가 되는 방향에서 접속되어 있다.A diode D1 is connected between the other end of the secondary coil N2 (the winding end terminal in this example) and the
또한, 2차 코일(N2)의 일단과 출력단(4) 사이에는 다이오드(D2)가 접속되어 있다. 다이오드(D2)의 극성은 애노드가 출력단(4)측, 캐소드가 2차 코일(N2)의 일단측이 되는 방향이다. 다이오드(D2)는 스위칭 소자(Q)의 온 시에 2차 코일(N2)의 일단에 발생하는 전위에 대하여 역 바이어스가 되며, 또한 스위칭 소자(Q)의 오프 시에 2차 코일(N2)의 일단에 발생하는 전위에 대하여 순 바이어스가 되는 방향에서 접속되어 있다.Further, a diode D2 is connected between one end of the secondary coil N2 and the
또한, 2차 코일(N2)의 타단과 출력단(3) 사이에는 다이오드(D3)가 접속되어 있다. 다이오드(D3)의 극성은 애노드가 2차 코일(N2)의 타단측, 캐소드가 출력단(3)측이 되는 방향이다. 다이오드(D3)는 스위칭 소자(Q)의 온 시에 2차 코일(N2)의 타단에 발생하는 전위에 대하여 역 바이어스가 되며, 또한 스위칭 소자(Q)의 오프 시에 2차 코일(N2)의 타단에 발생하는 전위에 대하여 순 바이어스가 되는 방향에서 접속되어 있다.Further, a diode D3 is connected between the other end of the secondary coil N2 and the
다이오드(D1, D2, D3)는 순 바이어스의 전압(애노드가 캐소드에 대하여 고전위)이 인가되면 도통하고, 역 바이어스의 전압(애노드가 캐소드에 대하여 저전위)에 대하여 차단되는 정류 수단 중 하나이다. 정류 수단에는 정류 소자인 다이오드 이외에 다이오드와 등가인 정류 디바이스 또는 정류 회로도 포함되는 것으로 한다.The diodes D1, D2, and D3 are one of rectifying means that conducts when a forward bias voltage (anode has a high potential with respect to the cathode) is applied, and is cut off against a reverse bias voltage (anode has a low potential with respect to the cathode). It is assumed that the rectifying means includes a rectifying device or a rectifying circuit equivalent to a diode in addition to the diode which is a rectifying element.
출력단(3)과 출력단(4) 사이에는 평활 콘덴서(C)가 접속되어 있다. 도시하지 않지만, 이들 출력단(3)과 출력단(4) 사이에는 부하가 접속되어 있다.A smoothing capacitor C is connected between the
본 발명의 스위칭 전원의 다른 구성예로서 1차측의 기준 전위인 입력단(2)에 대하여 입력단(1)이 부전위가 되는 입력 전압을 인가하는 구성으로 할 수도 있다. 그 경우, 2차측의 각 다이오드의 극성을 역방향으로 한다.As another configuration example of the switching power supply of the present invention, the
<스위칭 전원의 동작><Switching power supply operation>
도 2는 도 1에 나타낸 회로에 있어서의 온 기간의 전류의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1에 나타낸 회로에 있어서의 오프 기간의 전류의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 1에 나타낸 회로도에 있어서의 전압 및 전류의 시간 변화의 예를 모식적으로 나타낸 도면이다.Fig. 2 is a diagram showing the flow of current in the ON period in the circuit shown in Fig. 1; Fig. 3 is a diagram showing the flow of current in the OFF period in the circuit shown in Fig. 1; FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an example of time changes in voltage and current in the circuit diagram shown in FIG. 1 .
·온 기간의 동작・On-period operation
도 2는 온 기간의 전류의 흐름을 나타내고 있다. 스위칭 소자(Q)의 게이트에 입력되는 펄스 전압인 제어 전압(Vg)은, 예를 들면 도 4(A)와 같다. 제어 신호(Vg)가 온이 되면 스위칭 소자(Q)의 전류로가 도통하고, 직류 전압이 1차 코일(N1)의 일단에 인가되어 1차 코일(N1)의 일단이 정전위, 타단이 부전위가 된다. 이에 따라 입력단(1)→1차 코일(N1)→스위칭 소자(Q)→입력단(2)의 경로로 전류(id)가 흐른다. 전류(id)의 온 기간의 변화는 도 4(B)와 같다.Fig. 2 shows the flow of current during the ON period. The control voltage Vg, which is a pulse voltage input to the gate of the switching element Q, is as shown in Fig. 4A, for example. When the control signal Vg is turned on, the current path of the switching element Q conducts, and a DC voltage is applied to one end of the primary coil N1 so that one end of the primary coil N1 has a positive potential and the other end is negative. becomes the stomach Accordingly, the current (id) flows in the path of the input terminal (1) → the primary coil (N1) → the switching element (Q) → the input terminal (2). The change in the ON period of the current id is shown in FIG. 4(B).
1차 코일(N1)에 전류가 흐르면 트랜스(T)의 코어를 통해 2차 코일(N2)을 통과하는 자속이 증가하고, 상호유도에 의한 기전력이 2차 코일(N2)에 발생하여 2차 코일(N2)의 일단이 정전위, 타단이 부전위가 된다. 이에 따라 다이오드(D1)가 순 바이어스가 되어 도통하고, 2차 코일(N2)→초크 코일(CH)→출력단(3)→부하(또는 평활 콘덴서(C))→출력단(4)→다이오드(D1)의 경로로 제 1 전류(i1)가 흐른다. 제 1 전류(i1)의 온 기간의 변화는 도 4(C)와 같다. 제 1 전류(i1)는 일반적인 포워드 방식에 있어서의 온 기간의 출력 전류에 상당한다.When a current flows in the primary coil (N1), the magnetic flux passing through the secondary coil (N2) through the core of the transformer (T) increases, and an electromotive force due to mutual induction is generated in the secondary coil (N2), resulting in the secondary coil One end of (N2) becomes a positive potential, and the other end becomes a negative potential. As a result, diode (D1) becomes forward biased and conducts, secondary coil (N2) → choke coil (CH) → output terminal (3) → load (or smoothing capacitor (C)) → output terminal (4) → diode (D1) ), the first current i1 flows. The change in the ON period of the first current i1 is as shown in FIG. 4(C). The first current i1 corresponds to the output current in the ON period in the general forward method.
2차측의 제 1 전류(i1)는 초크 코일(CH)의 여자 전류이기도 하고, 이에 따라 초크 코일(CH)에 자기 에너지가 축적된다.The first current i1 on the secondary side is also the excitation current of the choke coil CH, and thus magnetic energy is accumulated in the choke coil CH.
다이오드(D2)는 2차 코일(N2)의 일단이 정전위가 되어 역 바이어스가 되므로 전류는 흐르지 않는다. 다이오드(D3)도 2차 코일(N2)의 타단이 부전위가 되어 역 바이어스가 되므로 전류는 흐르지 않는다.In the diode D2, one end of the secondary coil N2 becomes positive potential and reverse biased, so that no current flows. In the diode D3, the other end of the secondary coil N2 also becomes negative and reverse biased, so that no current flows.
또한, 1차 코일(N1)에 흐르는 전류(id)는 2차 코일(N2)과의 상호유도에 의한 부하 전류와 트랜스(T)에 자기 에너지를 축적하는 여자 전류를 포함하는 것이다. 온 기간에는 여자 전류에 의해 트랜스(T)의 자속이 증가하여 자기 에너지가 축적된다.In addition, the current id flowing through the primary coil N1 includes a load current caused by mutual induction with the secondary coil N2 and an excitation current for accumulating magnetic energy in the transformer T. During the on period, the magnetic flux of the transformer T increases due to the excitation current, and magnetic energy is accumulated.
·오프 기간의 동작・Operation during off period
도 3은 오프 기간의 전류의 흐름을 나타내고 있다. 제어 신호(Vg)가 오프가 되면, 스위칭 소자(Q)의 전류로가 차단되어 1차 코일(N1)을 흐르는 전류(id)는 소실된다. 이에 따라 1차 코일(N1) 및 2차 코일(N2)에 역기전력이 발생한다.3 shows the flow of current in the OFF period. When the control signal Vg is turned off, the current path of the switching element Q is cut off and the current id flowing through the primary coil N1 is lost. Accordingly, a counter electromotive force is generated in the primary coil N1 and the secondary coil N2.
역기전력에 의해 2차 코일(N2)의 타단이 정전위가 되고, 다이오드(D1)는 역 바이어스가 되므로 제 1 전류(i1)는 흐르지 않는다.The other end of the secondary coil N2 becomes a positive potential by the counter electromotive force, and the diode D1 becomes reverse biased, so that the first current i1 does not flow.
한편, 2차측에서는 초크 코일(CH)에 축적된 자기 에너지를 방출하도록 제 2 전류(i2)가 흐른다. 제 2 전류(i2)의 경로는 초크 코일(CH)→출력단(3)→부하(또는 평활 콘덴서)→출력단(4)→다이오드(D2)이다. 제 2 전류(i2)의 오프 기간의 변화는 도 4(D)와 같다. 제 2 전류(i2)는 일반적인 포워드 방식에 있어서의 오프 기간의 출력 전류에 상당하고, 제 2 전류(i2)에 관해서 다이오드(D2)는 플라이휠 다이오드로서 기능한다.Meanwhile, in the secondary side, a second current i2 flows to release the magnetic energy accumulated in the choke coil CH. The path of the second current i2 is the choke coil CH → the
또한, 역기전력에 의해 2차 코일(N2)의 일단이 부전위, 타단이 정전위가 되고, 다이오드(D2) 및 다이오드(D3)이 모두 순 바이어스가 되어 도통하고, 2차 코일(N2)→다이오드(D3)→출력단(3)→부하(또는 평활 콘덴서)→출력단(4)→다이오드(D2)의 경로로 제 3 전류(i3)가 흐른다. 제 3 전류(i3)의 오프 기간의 변화는 도 4(E)와 같다.In addition, one end of the secondary coil N2 becomes negative potential and the other end becomes positive potential due to the counter electromotive force, and both the diode D2 and the diode D3 become forward biased and conduction, and the secondary coil N2 → diode The third current i3 flows in the path of (D3) → output terminal (3) → load (or smoothing capacitor) → output terminal (4) → diode (D2). The change in the off period of the third current i3 is as shown in FIG. 4(E).
따라서, 온 기간에 트랜스(T)에 축적된 자기 에너지는 2차 코일(N2)을 통하는 제 3 전류(i3)가 흐름으로써 방출된다. 제 3 전류(i3)도 출력 전류가 되므로 트랜스의 이용 효율이 향상한다. 도 4(F)는 2차측으로 흐르는 전체 전류를 나타낸다. 출력단(3)과 출력단(4) 사이에 출력되는 전압(Vo)과 전류(Io)는 평활 콘덴서(C)에 의해 평활화되며, 도 4(G)와 같다.Accordingly, the magnetic energy accumulated in the transformer T during the ON period is released by the flow of the third current i3 through the secondary coil N2. Since the third current i3 also becomes an output current, the efficiency of using the transformer is improved. 4(F) shows the total current flowing to the secondary side. The voltage Vo and the current Io output between the
본 발명의 스위칭 전원은 포워드 방식을 기본 구성으로 하면서 다이오드(D3)를 더 추가함으로써 온 기간에 트랜스에 축적된 자기 에너지를 오프 기간에 2차측의 출력 전류로서 방출할 수 있으므로 1차측의 리셋 회로가 불필요하게 된다. 종래에는 오프 시에 발생하는 스파이크 전압에 의한 스위칭 소자의 내압 대책이 필요했지만, 자기 에너지가 2차측으로 방출됨으로써 스파이크 대책도 불필요하게 된다.The switching power supply of the present invention has a forward method as a basic configuration and by further adding a diode (D3), the magnetic energy accumulated in the transformer in the on period can be discharged as an output current of the secondary side in the off period, so the reset circuit of the primary side is becomes unnecessary. Conventionally, it is necessary to take measures against the withstand voltage of the switching element due to the spike voltage that occurs at the time of OFF. However, since the magnetic energy is released to the secondary side, the countermeasure against the spike is also unnecessary.
(2) 제 2 실시형태(2) Second embodiment
도 5~도 7을 참조해서 본 발명의 제 2 실시형태를 설명한다. 상술한 제 1 실시형태와 같은 구성에 대해서는 설명을 생략한다.A second embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. Description of the same configuration as in the first embodiment described above will be omitted.
도 5는 본 발명에 의한 스위칭 전원의 제 2 실시형태의 구성예를 개략적으로 나타내는 회로도이다. 제 2 실시형태에 있어서는 제 1 실시형태에 있어서의 제 1 다이오드(D1) 대신에 제 2 스위칭 소자(Q2)를 갖는다.Fig. 5 is a circuit diagram schematically showing a configuration example of a second embodiment of a switching power supply according to the present invention. In the second embodiment, the second switching element Q2 is provided instead of the first diode D1 in the first embodiment.
제 2 스위칭 소자(Q2)는 이 예에서는 N채널 FET이다. 드레인이 2차 코일(N2)의 타단에 접속되고, 소스가 출력단(4)에 접속되어 있다. 즉, 제 2 스위칭 소자(Q2)의 전류로는 2차 코일(N2)의 타단과 출력단(4) 사이에 접속된다. 제 2 스위칭 소자(Q2)는 1차 코일(N1)에 접속된 스위칭 소자(Q)와 동기해서 온 오프 구동된다. 따라서, 제 2 스위칭 소자(Q2)의 제어단인 게이트에는 스위칭 소자(Q)와 같은 제어 전압(Vg)이 입력된다.The second switching element Q2 is an N-channel FET in this example. The drain is connected to the other end of the secondary coil N2 , and the source is connected to the
도 6은 온 기간의 전류의 흐름을 나타내고 있다. 온 기간에 있어서의 1차측의 동작은 제 1 실시형태와 같다.6 shows the flow of current during the ON period. The operation of the primary side in the ON period is the same as in the first embodiment.
1차 코일(N1)에 전류가 흐르면, 상호 유도에 의한 기전력이 2차 코일(N2)에 발생하고, 2차 코일(N2)의 일단이 정전위, 타단이 부전위가 되는 점도 제 1 실시형태와 같다. 이때, 제 2 스위칭 소자(Q2)는 제어 전압(Vg)에 의해 온으로 되어 있으므로 전류로가 도통 상태이다. 이에 따라 2차 코일(N2)→초크 코일(CH)→출력단(3)→부하(또는 평활 콘덴서(C))→출력단(4)→제 2 스위칭 소자(Q2)의 경로로 제 1 전류(i1)가 흐른다. 제 2 스위칭 소자(Q2)로 치환함으로써 제 1 실시형태의 다이오드(D1)에 비해 온 기간의 손실이 적어진다. 그 밖의 동작에 대해서는 제 1 실시형태와 같다.When a current flows in the primary coil N1, an electromotive force due to mutual induction is generated in the secondary coil N2, and one end of the secondary coil N2 becomes a positive potential and the other end becomes a negative potential. same as At this time, since the second switching element Q2 is turned on by the control voltage Vg, the current path is in a conductive state. Accordingly, in the path of the secondary coil (N2) → the choke coil (CH) → the output terminal (3) → the load (or smoothing capacitor (C)) → the output terminal (4) → the second switching element (Q2), the first current (i1) ) flows. By substituting the second switching element Q2, the loss in the ON period is reduced compared with the diode D1 of the first embodiment. Other operations are the same as in the first embodiment.
도 7은 오프 기간의 전류의 흐름을 나타내고 있다. 온 기간에 있어서의 1차측의 동작은 제 1 실시형태와 같다.7 shows the flow of current in the OFF period. The operation of the primary side in the ON period is the same as in the first embodiment.
역 기전력에 의해 2차 코일(N2)의 타단이 정전위가 된다. 이때, 제 2 스위칭 소자(Q2)는 제어 전압(Vg)에 의해 오프가 되어 있으므로 전류로가 차단 상태이다. 따라서, 제 1 전류(i1)는 흐르지 않는다.The other end of the secondary coil N2 becomes a positive potential by the counter electromotive force. At this time, since the second switching element Q2 is turned off by the control voltage Vg, the current path is in a cut-off state. Accordingly, the first current i1 does not flow.
한편, 다이오드(D2) 및 다이오드(D3)에 대해서는 제 1 실시형태와 마찬가지로 제 2 전류(i2) 및 제 3 전류(i3)가 흐른다.On the other hand, the second current i2 and the third current i3 flow through the diode D2 and the diode D3 as in the first embodiment.
다른 실시예로서 제 2 스위칭 소자(Q2)는 N채널 FET가 아니라 P채널 FET로 할 수도 있다.As another embodiment, the second switching element Q2 may be a P-channel FET instead of an N-channel FET.
T : 트랜스 N1 : 1차 코일
N2 : 2차 코일 1, 2 : 입력단
3, 4 : 출력단 Q : 스위칭 소자
D1, D2, D3 : 다이오드 C : 평활 콘덴서T : Transformer N1 : Primary coil
N2:
3, 4: Output stage Q: Switching element
D1, D2, D3: Diode C: Smoothing Capacitor
Claims (4)
입력 전압에 의해 상기 트랜스포머(T)의 1차 코일(N1)에 흐르는 전류를 도통 또는 차단하도록 온 오프 구동되는 제어단을 구비하는 스위칭 소자(Q)와,
상기 트랜스포머의 2차 코일(N2)의 일단과 제 1 출력단(3) 사이에 접속된 초크 코일(CH)과,
상기 트랜스포머(T)의 2차 코일(N2)의 타단과 제 2 출력단(4) 사이에 접속된 전류로와 상기 전류로를 흐르는 전류를 도통 또는 차단하도록 상기 스위칭 소자(Q) 와 동일한 제어 전압(Vg)에 의해 온 오프 구동되는 제어단을 구비하는 제 2 스위칭 소자(Q2)와,
상기 트랜스포머(T)의 상기 2차 코일(N2)의 일단과 상기 제 2 출력단(4) 사이에 접속되고, 상기 스위칭 소자(Q)의 온 시에 상기 2차 코일(N2)의 일단에 발생하는 전위에 대하여 역 바이어스가 되며 또한 오프 시에 상기 2차 코일(N2)의 일단에 발생하는 전위에 대하여 순 바이어스가 되는 제 2 정류 수단(D2)과,
상기 트랜스포머(T)의 상기 2차 코일(N2)의 타단과 상기 제 1 출력단(3) 사이에 접속되고, 상기 스위칭 소자(Q)의 온 시에 상기 2차 코일(N2)의 타단에 발생하는 전위에 대하여 역 바이어스가 되며 또한 오프 시에 상기 2차 코일(N2)의 타단에 발생하는 전위에 대하여 순 바이어스가 되는 제 3 정류 수단(D3)과,
상기 제 1 출력단(3)과 상기 제 2 출력단(4) 사이에 접속된 평활 콘덴서(C)를 갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원.Transformer (T) and
A switching element (Q) having a control stage that is driven on and off to conduct or block a current flowing in the primary coil (N1) of the transformer (T) by an input voltage (Q);
a choke coil (CH) connected between one end of the secondary coil (N2) of the transformer and the first output end (3);
The same control voltage as the switching element Q to conduct or cut off the current flowing through the current path and the current path connected between the other end of the secondary coil N2 of the transformer T and the second output end 4 ( a second switching element (Q2) having a control stage driven on and off by Vg);
It is connected between one end of the secondary coil N2 of the transformer T and the second output end 4, and is generated at one end of the secondary coil N2 when the switching element Q is turned on. a second rectifying means (D2) that is reverse-biased with respect to the potential and forward-biased with respect to the potential generated at one end of the secondary coil (N2) when turned off;
It is connected between the other end of the secondary coil N2 of the transformer T and the first output end 3, and is generated at the other end of the secondary coil N2 when the switching element Q is turned on. a third rectifying means (D3) that is reverse-biased with respect to the potential and becomes forward-biased with respect to the potential generated at the other end of the secondary coil (N2) when turned off;
A switching power supply having a smoothing capacitor (C) connected between the first output (3) and the second output (4).
상기 제 2 정류 수단(D2), 및 상기 제 3 정류 수단(D3)이 각각 다이오드인 것을 특징으로 하는 스위칭 전원.The method of claim 1,
The switching power supply, characterized in that the second rectifying means (D2) and the third rectifying means (D3) are each a diode.
상기 제 2 스위칭 소자(Q2)는 상기 스위칭 소자(Q)와 동기해서 온 오프 구동되는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원.The method of claim 1,
The second switching element (Q2) is a switching power supply, characterized in that the on-off drive in synchronization with the switching element (Q).
상기 제 2 정류 수단(D2) 및 상기 제 3 정류 수단(D3)이 각각 다이오드인 것을 특징으로 하는 스위칭 전원.4. The method of claim 3,
The switching power supply, characterized in that each of the second rectifying means (D2) and the third rectifying means (D3) is a diode.
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