WO2007116464A1 - 電源回路及びそれを用いた電子装置及び電源回路の偏励磁防止方法 - Google Patents

電源回路及びそれを用いた電子装置及び電源回路の偏励磁防止方法 Download PDF

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    • H02M7/4803—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode with means for reducing DC component from AC output voltage

Definitions

  • the present invention is applied to a switching converter or the like, and prevents a biased excitation of a switching power supply, and can stably operate the converter, and an electronic device using the power supply circuit and a biased excitation prevention of the power supply circuit It is about the method.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a power supply circuit using a conventional full-bridge converter.
  • Vin is a DC power supply
  • Q1 to Q4 are switching switches
  • T1 is a main transformer
  • N1 is a primary winding
  • N2 is a secondary winding
  • Dl and D2 are current direction regulating diodes.
  • switches Ql and Q4 and switches Q2 and Q3 are opened and closed with a phase difference of 180 degrees, respectively, and the output is converted to the main transformer T1.
  • This capacitor C is connected in series to the primary side of the main transformer of the full bridge converter, cuts the direct current component, and prevents the biased excitation of the main transformer.
  • the present invention prevents the biased excitation of the main transformer, and A power supply circuit that can be applied up to a converter and that does not require any additional capacitors to prevent partial excitation on the primary side of the converter, and is free from space and structural limitations and can provide design flexibility. It is also intended to provide a method for preventing partial excitation of electronic devices and power supply circuits using the same.
  • a power supply circuit includes a main transformer having a primary winding and a secondary winding, and a power supply while switching a current direction to the primary winding of the main transformer.
  • a full bridge comparator is constituted by the plurality of switches.
  • a push-pull comparator is constituted by the plurality of switches.
  • the electronic device of the present invention includes a main transformer having a primary winding and a secondary winding, and a plurality of transformers for supplying a current from a power source while switching a current direction to the primary winding of the main transformer.
  • Switch an electronic device connected to the secondary feeder of the main transformer and supplied with power from the main transformer, an auxiliary feeder provided in the main transformer, and a capacitor connected in series to the auxiliary transformer Is provided.
  • the present invention is a method for preventing a partial excitation of a power supply circuit that performs a conversion operation by supplying a current while switching a current direction to a primary winding of a main transformer by using a switch.
  • the auxiliary winding is connected to the main transformer.
  • a capacitor is connected in series to the auxiliary feeder, and the bias excitation component is suppressed by the capacitor.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an electronic device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing an electronic device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a conventional power supply circuit.
  • FIG. 4 is a time chart showing current flowing in a capacitor of a conventional power supply circuit.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an electronic device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the electronic device shown in FIG. 1 includes a power supply circuit 1 and an electronic device 3.
  • the power supply circuit (converter) is a power supply circuit using a bridge-type switching converter.
  • the main transformer T1 has a primary winding N1, a secondary winding N2-l, and N2-2, and the primary transformer N1 has a current in the primary winding N1. It has multiple switches Q1 to Q4 that supply current from the power supply Vin while switching the direction, an auxiliary feeder N3 provided in the main transformer T1, and a capacitor C connected to the auxiliary feeder N3.
  • the electronic device 3 Connected to the output side of the secondary feeders N2-l and N2-2 is an electronic device 3 that is driven by power supplied from the power supply circuit 1 through a smoothing circuit composed of a capacitor Cout and an inductance Lout.
  • the electronic device 3 may include various electronic devices such as a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant), a PC (Personal Computer), a communication device, and a transmission device.
  • the power supply circuit 1 supplies a current proportional to the power ratio of the primary current of the main transformer T1 to the capacitor by connecting the capacitor C to the auxiliary feeder N3 provided in the main transformer T1. This eliminates the unbalance between the positive side (temporarily called the master side) and the negative side (tentatively called the slave side), that is, electrically eliminates the DC component and prevents the biased excitation of the main transformer T1. Enables stable operation of the teaching power supply.
  • switches Q2 and Q3 are conducting, and as shown in A, current flows as a positive half-wave current route (Vin (+) ⁇ Q3 ⁇ Tl-Nl ⁇ Q2 ⁇ Vin (-)).
  • the power supply voltage Vin is applied to the primary winding N1 of the transformer T1.
  • switches Q1 and Q4 conduct, and as shown in B, the current path of the negative half-wave current (Vin (+) ⁇ Q1 ⁇ T1-Nl ⁇ Q4 ⁇ Vin (-))
  • the voltage Vin is applied to the primary winding N1 of the transformer T1 in the direction opposite to the positive loop.
  • a voltage is induced in the auxiliary winding N3, and a current for charging and discharging the capacitor C flows.
  • the electrical operation is equivalent to the insertion of the capacitor C in series with T1-N1, and it is possible to cut off the bias (DC component) of the positive and negative switching operations. This makes it possible to prevent demagnetization of the bridge converter without adding extra elements such as capacitors to the side loop.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing an electronic apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • a power supply circuit 1 A and a power circuit 1 A applied to a push-pull converter An electronic device 3 using the same is shown.
  • the two switches Q1 and Q2 switch the current from the DC power supply Vin by 180 degrees and supply it to the primary feeder Nl-1 or N1-2.
  • an auxiliary feeder N3 is provided in the main transformer T1, and a capacitor C is connected in series to the auxiliary transformer N3. The operation is the same as in FIG. 1, and a description thereof is omitted here.
  • the primary transformer main circuit section of the bridge converter can be prevented by providing the auxiliary feeder N3 in the main transformer and preventing the bias excitation by connecting the capacitor.
  • Bridge converter, push-pull converter, etc. without adding extra elements
  • the switch here is used as a switch of a switching converter such as FET (field effect transistor), IGBT (insulated gate bipolar transistor), bipolar transistor or SIT (electrostatic induction transistor). Refers to all elements.
  • FET field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • SIT electrostatic induction transistor
  • the present invention it is possible to prevent the main transformer from being biased, to apply a small capacity capacitor to a large capacity converter, and to prevent the bias from being applied to the primary side of the converter.
  • a power supply circuit an electronic device using the power supply circuit, and a method of preventing the bias excitation of the power supply circuit, which can provide design flexibility without being restricted by space and structure, without adding a capacitor or the like. Can do.

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Abstract

　電源回路を構成するコンバータの１次側主回路部にコンデンサなどの余分な素子を追加することなく、偏励磁防止を行うために、主トランスＴ１の一次巻線Ｎ１に、スイッチＱ１～Ｑ４により電流方向を切り替えながら電流を供給してコンバート作用を行う電源回路において、主トランスＴ１に補助巻線Ｎ３を設けるとともに、該補助巻線Ｎ３にコンデンサを直列接続し、該コンデンサにより偏励磁成分を抑制するようにした。

Description

明 細 書
電源回路及びそれを用いた電子装置及び電源回路の偏励磁防止方法 技術分野
[0001] 本発明は、スイッチングコンバータ等に適用され、スイッチング電源の偏励磁を防止 して、コンバータを安定に動作させることができる電源回路及びそれを用いた電子装 置及び電源回路の偏励磁防止方法に関するものである。
背景技術
[0002] 図 3は従来のフルブリッジ型コンバータによる電源回路を示す回路図である。図 3に おいて、 Vinは直流電源、 Q1〜Q4は開閉スィッチ、 T1は主トランス、 N1は一次卷 線、 N2は二次卷線、 Dl, D2は電流の方向規制ダイオードである。この回路は、スィ ツチ Ql, Q4とスィッチ Q2, Q3とが夫々 180度異なる位相差で開閉動作し、主トラン ス T1にお!/、てコンバートされた出力を得る。
[0003] 力かる回路において、コンデンサ Cに流れる電流は、スィッチ Q2, Q3が閉じた場合 は、図 4 (a)に示すようになり、一方、スィッチ Ql, Q4が閉じた場合は、図 4 (b)に示 すようになり、合わせると、図 4 (c)に示すようになる。
[0004] このコンデンサ Cは、フルブリッジ型コンバータの主トランスの一次側に直列に接続 され、直流分をカットし、主トランスの偏励磁を防止するものである。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 図 3、図 4に示したように、従来の電源回路では、主トランスの 1次側電流が全てコン デンサ Cに流れる為、コンデンサ Cを流れる電流 (許容リップル電流）ゃ耐電圧の面 で制約があり、小容量のコンバータには適用できても、大容量の電力変換を行う電源 回路の偏励磁防止には適さな力つた。
[0006] また、電源回路のコンバータの 1次側に偏励磁防止用の素子（1例として、コンデン サ等）を付加しなければならないことからスペース、構造的に制約を受けるものとなつ ていた。
[0007] そこで、本発明は、主トランスの偏励磁を防止するとともに、小容量から大容量コン バータまで適用でき、且つ、コンバータの 1次側に偏励磁防止用のコンデンサ等の付 加は不要となって、スペース、構造的に制約を受けず、設計の柔軟性をもたらすこと ができる電源回路及びそれを用いた電子装置及び電源回路の偏励磁防止方法を提 供することを目的としている。
課題を解決するための手段
[0008] 上述した課題を解決するため、本発明の電源回路は、一次卷線と二次卷線を有す る主トランスと、前記主トランスの一次卷線に電流方向を切り替えながら電源からの電 流を供給する複数のスィッチと、前記主トランスに設けられる補助卷線と、前記補助 卷線に直列接続されたコンデンサとを備えてなるものである。
[0009] また、本発明の電源回路において、前記複数のスィッチによりフルブリッジコンパ一 タが構成されることを特徴とする。
[0010] また、本発明の電源回路において、前記複数のスィッチによりプッシュプルコンパ ータが構成されることを特徴とする。
[0011] さらに、本発明の電子装置は、一次卷線と二次卷線を有する主トランスと、前記主ト ランスの一次卷線に電流方向を切り替えながら電源からの電流を供給する複数のス イッチと、前記主トランスの二次卷線に接続され、前記主トランスからの電力が供給さ れる電子機器と、前記主トランスに設けられる補助卷線と、前記補助卷線に直列接続 されたコンデンサとを備えてなるものである。
[0012] また、本発明は、主トランスの一次卷線にスィッチにより電流方向を切り替えながら 電流を供給してコンバート作用を行う電源回路の偏励磁防止方法であって、前記主 トランスに補助卷線を設けるとともに、該補助卷線にコンデンサを直列に接続し、該コ ンデンサにより偏励磁成分を抑制するようにしたことを特徴とする。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明の実施の形態 1の電子装置を示す回路図である。
[図 2]本発明の実施の形態 2の電子装置を示す回路図である。
[図 3]従来の電源回路の一例を示す回路図である。
[図 4]従来の電源回路のコンデンサに流れる電流を示すタイムチャートである。
発明を実施するための最良の形態 [0014] 実施の形態 1.
図 1は、本発明の実施の形態 1に係る電子装置を示す回路図である。
[0015] 図 1に示す電子装置は、電源回路 1と電子機器 3とを備える。電源回路 (コンバータ )は、ブリッジ型スイッチングコンバータによる電源回路であり、一次卷線 N1と二次卷 線 N2-l、 N2— 2を有する主トランス T1と、主トランス T1の一次卷線 N1に電流方向 を切り替えながら、電源 Vinからの電流を供給する複数のスィッチ Q1〜Q4と、主トラ ンス T1に設けられる補助卷線 N3と、補助卷線 N3に接続されたコンデンサ Cとを備 えている。
[0016] 二次卷線 N2-l、 N2— 2の出力側には、コンデンサ Coutとインダクタンス Loutから なる平滑回路を介して、電源回路 1からの電力が供給されて駆動する電子機器 3が 接続されている。この電子機器 3には、携帯電話機や PDA(Personal Digital Assistan t)や PC(Personal Computer)や通信装置や伝送用装置などの各種電子機器が含ま れ得る。
[0017] この電源回路 1は、主トランス T1に設けられた補助卷線 N3にコンデンサ Cを接続 することにより、主トランス T1の 1次側電流の卷数比に比例した電流をコンデンサにも 供給することで、正側 (仮にマスタ側と呼ぶ）と負側 (仮にスレイブ側と呼ぶ）の不平衡 、すなわち電気的には直流分を無くし、主トランス T1の偏励磁を防止することで、スィ ツチング電源の安定動作を可能にする。
[0018] 以下、本発明の実施の形態の動作について、図 1に示す回路図において説明する
[0019] 今、スィッチ Q2, Q3が導通して、 Aに示すように、正の半波の電流ルート (Vin (+) →Q3→Tl-Nl→Q2→Vin (-) )と電流が流れ、トランス T1の一次卷線 N1に電源電圧 Vinが印加される。
[0020] それと同時に補助卷線 N3にも電圧が誘起され、コンデンサ Cを充電する電流が流 れる。
[0021] 次に、スィッチ Q1,Q4が導通して、 Bに示すように、負の半波の電流ルート（Vin (+) →Q1→T1- Nl→Q4→Vin (-））と電流が流れ、トランス T1の一次卷線 N1に正のルー プとは逆の向きに電圧 Vinが印加される。 [0022] 同時に、補助卷線 N3にも電圧が誘起され、コンデンサ Cを充放電する電流が流れ る。
[0023] これにより、電気的な動作は T1—N1と直列にコンデンサ Cが挿入されたことと同等 となり、正、負のスイッチング動作の偏り（直流分)を遮断することが可能となり、 1次側 のループにコンデンサ等、余分な素子を付加することなぐブリッジコンバータの偏励 磁防止動作を可能にする。
[0024] 更に本発明の実施の形態では、 1次側ループにコンデンサ等の素子を追加するこ となぐスイッチング動作の偏励磁を防止することが可能となるため、電力変換容量に 制約されず適用が可能である。
[0025] 図 2は、本発明の第 2の実施の形態に係る電子装置を示す回路図であり、実施の 形態 1で示したブリッジコンバータに代わり、プッシュプルコンバータに適用した電源 回路 1 A及びそれを用いた電子装置 3を示している。この電源回路 (コンバータ） 1A においては、二つのスィッチ Q1,Q2において、直流電源 Vinからの電流を 180度切 り替えて一次卷線 Nl— 1又は N1— 2に供給する。このコンバータにおいても、主トラ ンス T1に補助卷線 N3を設け、この補助卷線 N3に直列にコンデンサ Cを接続して ヽ る。動作は図 1の場合と同じであり、ここでの説明を省略する。
[0026] 以上、本発明の実施の形態によれば、主トランスに補助卷線 N3を設けてコンデン サを接続することにより偏励磁防止をすることで、ブリッジコンバータの 1次側主回路 部に余分な素子を追加することなぐブリッジコンバータやプッシュプルコンバータ等
、偏励磁防止を考慮しなければならない全てのコンバータを用いた電源回路におい て偏励磁防止制御が可能となる。また、偏励磁防止が行われて効率的に動作し、或 いは電源を供給して動作することができる電子装置を得ることができる。
[0027] ここでいうスィッチとは、 FET (電界効果型トランジスタ)や IGBT (絶縁ゲート型バイ ポーラトランジスタ)やバイポーラトランジスタや SIT (静電誘導型トランジスタ)など、ス イッチングコンバータのスィッチとして使用される全ての素子を指す。
産業上の利用可能性
[0028] 上述したように、本発明によれば、主トランスの偏励磁を防止するとともに、小容量 カも大容量コンバータまで適用でき、且つ、コンバータの 1次側に偏励磁防止用のコ ンデンサ等の付加は不要となって、スペース、構造的に制約を受けず、設計の柔軟 性をもたらすことができる電源回路及びそれを用いた電子装置、並びに電源回路の 偏励磁防止方法を得ることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 一次卷線と二次卷線を有する主トランスと、
前記主トランスの一次卷線に電流方向を切り替えながら電源からの電流を供給する 複数のスィッチと、
前記主トランスに設けられる補助卷線と、
前記補助卷線に直列接続されたコンデンサと
を備えてなる電源回路。
[2] 請求項 1に記載の電源回路において、
前記複数のスィッチによりフルブリッジコンバータが構成されることを特徴とする電 源回路。
[3] 請求項 1に記載の電源回路において、
前記複数のスィッチによりプッシュプルコンバータが構成されることを特徴とする電 源回路。
[4] 一次卷線と二次卷線を有する主トランスと、
前記主トランスの一次卷線に電流方向を切り替えながら電源からの電流を供給する 複数のスィッチと、
前記主トランスの二次卷線に接続され、前記主トランス力 の電力が供給される電 子機器と、
前記主トランスに設けられる補助卷線と、
前記補助卷線に直列接続されたコンデンサと
を備えてなる電子装置。
[5] 主トランスの一次卷線にスィッチにより電流方向を切り替えながら電流を供給してコン バート作用を行う電源回路の偏励磁防止方法であって、
前記主トランスに補助卷線を設けるとともに、該補助卷線にコンデンサを直列に接 続し、該コンデンサにより偏励磁成分を抑制するようにしたことを特徴とするスィッチン グコンバータの偏励磁防止方法。
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