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JP2002345236A - Switching power supply circuit - Google Patents

Switching power supply circuit

Info

Publication number
JP2002345236A
JP2002345236A JP2001144757A JP2001144757A JP2002345236A JP 2002345236 A JP2002345236 A JP 2002345236A JP 2001144757 A JP2001144757 A JP 2001144757A JP 2001144757 A JP2001144757 A JP 2001144757A JP 2002345236 A JP2002345236 A JP 2002345236A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
switching
circuit
primary
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001144757A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Yasumura
昌之 安村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2001144757A priority Critical patent/JP2002345236A/en
Publication of JP2002345236A publication Critical patent/JP2002345236A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lower the breakdown voltage of a switching element. SOLUTION: To use this circuit as a compound resonance converter that is a self-excited and stabilized by switching frequency-control system, a DC-AC control transformer is omitted. Then, a soft-starter circuit is provided to operate based on the level detection of a primary DC voltage generated based on the alternating voltage of tertiary windings wound on the insulated converter transformer when starting a power supply. This structure enables a circuit to be protected even without providing an overcurrent detecting circuit and the like supposed to be used, for example.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器に電
源として備えられるスイッチング電源回路に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply circuit provided as a power supply for various electronic devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】スイッチング電源回路として、例えばフ
ライバックコンバータやフォワードコンバータなどの形
式のスイッチングコンバータを採用したものが広く知ら
れている。これらのスイッチングコンバータはスイッチ
ング動作波形が矩形波状であることから、スイッチング
ノイズの抑制には限界がある。また、その動作特性上、
電力変換効率の向上にも限界があることがわかってい
る。そこで、先に本出願人により、各種共振形コンバー
タによるスイッチング電源回路が各種提案されている。
共振形コンバータは容易に高電力変換効率が得られると
共に、スイッチング動作波形が正弦波状となることで低
ノイズが実現される。また、比較的少数の部品点数によ
り構成することができるというメリットも有している。
2. Description of the Related Art As a switching power supply circuit, a circuit employing a switching converter of a type such as a flyback converter or a forward converter is widely known. Since these switching converters have a rectangular switching operation waveform, there is a limit in suppressing switching noise. Also, due to its operating characteristics,
It has been found that there is a limit in improving the power conversion efficiency. Therefore, the present applicant has previously proposed various switching power supply circuits using various resonance type converters.
The resonance type converter can easily obtain high power conversion efficiency and realize low noise because the switching operation waveform is sinusoidal. It also has the advantage that it can be configured with a relatively small number of parts.

【0003】図5の回路図は、先に本出願人が提案した
発明に基づいて構成することのできる、先行技術として
のスイッチング電源回路の一例を示している。この図に
示す電源回路の基本構成としては、一次側スイッチング
コンバータとして電圧共振形コンバータを備えている。
[0005] FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a switching power supply circuit as a prior art, which can be formed based on the invention proposed by the present applicant. As a basic configuration of the power supply circuit shown in this figure, a voltage resonance type converter is provided as a primary side switching converter.

【0004】この図に示す電源回路では、ブリッジ整流
回路Di及び平滑コンデンサCiによって、商用交流電
源AC(交流入力電圧VAC)から交流入力電圧VACの1
倍のレベルに対応する整流平滑電圧Eiを生成する。ま
た、商用交流電源ACのラインには、電源のオン/オフ
を行うスイッチSWが挿入されている。また、商用交流
電源ACのラインには、突入電流制限抵抗Riを挿入す
るようにもしており、例えば電源投入時に平滑コンデン
サに流入する突入電流を抑制するようにしている。
In the power supply circuit shown in FIG. 1, a bridge rectifier circuit Di and a smoothing capacitor Ci convert one of the AC input voltage VAC from the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC).
A rectified smoothed voltage Ei corresponding to the double level is generated. A switch SW for turning on / off the power supply is inserted in the line of the commercial AC power supply AC. Also, a rush current limiting resistor Ri is inserted into the line of the commercial AC power supply AC, for example, to suppress a rush current flowing into the smoothing capacitor when the power is turned on.

【0005】上記整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を
入力して断続する電圧共振形コンバータとしては、1石
によるシングルエンド方式が採用される。また駆動方式
としては自励式の構成を採っている。この場合、電圧共
振形コンバータを形成するスイッチング素子Q1には、
高耐圧のバイポーラトランジスタ(BJT;接合型トラ
ンジスタ)が選定される。このスイッチング素子Q1の
コレクタ−エミッタ間に対しては、一次側並列共振コン
デンサCrが並列に接続される。また、ベース−エミッ
タ間に対しては、クランプダイオードDD−抵抗RDの直
列接続回路が接続される。ここで、並列共振コンデンサ
Crは、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1
に得られるリーケージインダクタンスL1と共に、一次
側並列共振回路を形成しており、これによって電圧共振
形コンバータとしての動作が得られるようになってい
る。そして、スイッチング素子Q1のベースに対して
は、駆動巻線NB−共振コンデンサCB−ベース電流制限
抵抗RBから成る自励発振駆動回路が接続される。スイ
ッチング素子Q1には、この自励発振駆動回路にて発生
される発振信号を基とするベース電流が供給されること
でスイッチング駆動される。なお、起動時においては整
流平滑電圧Eiのラインから起動抵抗Rsを介してベー
スに流れる起動電流によって起動される。
[0005] A single-ended single-end system is adopted as a voltage resonance type converter that receives and inputs the rectified smoothed voltage Ei (DC input voltage) and is intermittent. The drive system employs a self-excited configuration. In this case, the switching element Q1 forming the voltage resonance type converter includes:
A high breakdown voltage bipolar transistor (BJT; junction transistor) is selected. A primary side parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel between the collector and the emitter of the switching element Q1. A series connection circuit of a clamp diode DD and a resistor RD is connected between the base and the emitter. Here, the parallel resonance capacitor Cr is connected to the primary winding N1 of the insulation converter transformer PIT.
A primary-side parallel resonance circuit is formed together with the leakage inductance L1 obtained as described above, whereby an operation as a voltage resonance type converter can be obtained. To the base of the switching element Q1, a self-excited oscillation drive circuit including a drive winding NB, a resonance capacitor CB, and a base current limiting resistor RB is connected. The switching element Q1 is switched by being supplied with a base current based on an oscillation signal generated by the self-excited oscillation driving circuit. In addition, at the time of startup, it is started by a startup current flowing from the line of the rectified smoothed voltage Ei to the base via the startup resistor Rs.

【0006】直交型制御トランスPRTは、上記駆動巻
線NBと電流検出巻線NDの巻装方向に対してその巻装方
向が直交するようにして制御巻線Ncが巻装されて構成
され、後述するようにして一次側電圧共振形コンバータ
のスイッチング周波数を制御するために設けられる。
The orthogonal control transformer PRT is configured by winding a control winding Nc so that the winding direction of the drive winding NB and the current detection winding ND is orthogonal to the winding direction. It is provided for controlling the switching frequency of the primary side voltage resonance type converter as described later.

【0007】絶縁コンバータトランスPITは、一次側
に得られるスイッチングコンバータのスイッチング出力
を二次側に伝送するために設けられる。この絶縁コンバ
ータトランスPITは、EE型コアに対して一次巻線N
1と二次巻線N2を分割して巻装し、中央磁脚に対しては
ギャップGを形成することで、所要の結合係数による疎
結合の状態が得られるようにして、飽和状態が得られに
くいようにしている。
[0007] The insulating converter transformer PIT is provided for transmitting the switching output of the switching converter obtained on the primary side to the secondary side. This insulated converter transformer PIT has a primary winding N with respect to an EE type core.
1 and the secondary winding N2 are divided and wound, and a gap G is formed with respect to the center magnetic leg so that a loose coupling state with a required coupling coefficient can be obtained, and a saturated state can be obtained. I try to be hard to be.

【0008】この絶縁コンバータトランスPITの一次
巻線N1は、直流入力電圧(整流平滑電圧Ei)のライ
ンとスイッチング素子Q1のコレクタとの間に接続され
ている。スイッチング素子Q1は、直流入力電圧につい
てスイッチングを行うのであるが、これによって、一次
巻線N1には、スイッチング素子Q1のスイッチング出力
が供給されることとなり、スイッチング周波数に対応す
る周期の交番電圧が発生する。
The primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected between the line of the DC input voltage (rectified smoothed voltage Ei) and the collector of the switching element Q1. The switching element Q1 performs switching with respect to the DC input voltage. As a result, the switching output of the switching element Q1 is supplied to the primary winding N1, and an alternating voltage having a cycle corresponding to the switching frequency is generated. I do.

【0009】絶縁コンバータトランスPITの二次側で
は、一次巻線N1により誘起された交番電圧が二次巻線
N2に発生する。この場合、二次巻線N2に対しては、二
次側並列共振コンデンサC2が並列に接続されること
で、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2と二次
側並列共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって
並列共振回路が形成される。この並列共振回路により、
二次巻線N2に誘起される交番電圧は共振電圧となる。
つまり二次側において電圧共振動作が得られる。
On the secondary side of the insulating converter transformer PIT, an alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2. In this case, the secondary side parallel resonance capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2, so that the leakage inductance L2 of the secondary side winding N2 and the capacitance of the secondary side parallel resonance capacitor C2 are determined. A parallel resonance circuit is formed. With this parallel resonance circuit,
The alternating voltage induced in the secondary winding N2 becomes a resonance voltage.
That is, a voltage resonance operation is obtained on the secondary side.

【0010】即ち、この電源回路では、一次側にはスイ
ッチング動作を電圧共振形とするための並列共振回路が
備えられ、二次側には電圧共振動作を得るための並列共
振回路が備えられる。なお、本明細書では、このように
一次側及び二次側に対して共振回路が備えられて動作す
る構成のスイッチングコンバータについては、「複合共
振形スイッチングコンバータ」ともいうことにする。
That is, in this power supply circuit, the primary side is provided with a parallel resonance circuit for performing a voltage resonance type switching operation, and the secondary side is provided with a parallel resonance circuit for obtaining a voltage resonance operation. In the present specification, such a switching converter configured to operate with a resonance circuit provided for the primary side and the secondary side is also referred to as a “composite resonance type switching converter”.

【0011】この場合の絶縁コンバータトランスPIT
の二次側においては、先ず、二次巻線N2の巻終わり端
部に対して整流ダイオードDO1のアノードを接続し、カ
ソードを平滑コンデンサCO1の正極端子と接続すること
で、半波整流回路を形成している。この半波整流回路に
よっては、平滑コンデンサCO1の両端には、二次側直流
出力電圧EO1が得られることになる。また、この場合に
は、二次巻線N2に対してタップを設け、このタップ出
力に対して、図示するようにして整流ダイオードDO2及
び平滑コンデンサCO2から成る半波整流回路を形成して
いる。そして、この半波整流回路によっては、上記二次
側直流出力電圧EO1よりも低圧な二次側直流出力電圧E
O2が得られる。なお、具体的には、二次側直流出力電圧
EO1=135V、二次側直流出力電圧EO2=15Vとな
る。
The isolated converter transformer PIT in this case
First, the anode of the rectifier diode DO1 is connected to the winding end of the secondary winding N2, and the cathode is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor CO1, thereby forming a half-wave rectifier circuit. Has formed. With this half-wave rectifier circuit, a secondary side DC output voltage EO1 is obtained across the smoothing capacitor CO1. In this case, a tap is provided for the secondary winding N2, and a half-wave rectifier circuit composed of a rectifier diode DO2 and a smoothing capacitor CO2 is formed as shown in FIG. Then, depending on the half-wave rectifier circuit, the secondary-side DC output voltage E O which is lower than the secondary-side DC output voltage EO1 is provided.
O2 is obtained. Note that, specifically, the secondary side DC output voltage EO1 = 135V and the secondary side DC output voltage EO2 = 15V.

【0012】これら二次側直流出力電圧EO1,EO2は、
それぞれ所要の負荷回路に対して供給されることにな
る。また、二次側直流出力電圧EO1は制御回路1の検出
用電圧として、二次側直流出力電圧EO2は、制御回路1
の動作電源として分岐出力される。
These secondary side DC output voltages EO1, EO2 are:
Each is supplied to a required load circuit. The secondary side DC output voltage EO1 is used as a detection voltage of the control circuit 1, and the secondary side DC output voltage EO2 is used as the control circuit 1
Is branched and output as the operating power supply for the power supply.

【0013】制御回路1は、二次側直流出力電圧EO1の
レベルに応じて可変の直流電流を、制御電流として、直
交型制御トランスPRTの制御巻線Ncに流すようにさ
れる。制御巻線Ncに流れる制御電流レベルが可変され
ることで、直交型制御トランスPRTにおいては、駆動
巻線NBのインダクタンスを可変するように制御するこ
とになる。これによって、自励発振駆動回路における駆
動巻線NB−共振コンデンサCBから成る共振回路の共振
周波数が変化し、スイッチング素子Q1のスイッチング
周波数が可変制御されることになる。このようにしてス
イッチング素子Q1のスイッチング周波数が可変される
ことで、二次側直流出力電圧が一定となるように制御さ
れる。つまり、電源の安定化が図られる。なお、本明細
書では、このような動作による定電圧制御について、
「スイッチング周波数制御方式」ともいうことにする。
The control circuit 1 allows a variable DC current to flow through the control winding Nc of the orthogonal control transformer PRT as a control current in accordance with the level of the secondary DC output voltage EO1. By varying the level of the control current flowing through the control winding Nc, the orthogonal control transformer PRT is controlled to vary the inductance of the drive winding NB. As a result, the resonance frequency of the resonance circuit including the drive winding NB and the resonance capacitor CB in the self-excited oscillation drive circuit changes, and the switching frequency of the switching element Q1 is variably controlled. By changing the switching frequency of the switching element Q1 in this way, the secondary DC output voltage is controlled to be constant. That is, the power supply is stabilized. In this specification, the constant voltage control by such an operation is described.
It is also referred to as “switching frequency control method”.

【0014】ところで、上記図5に示した電源回路で
は、スイッチSWがオンとされて商用交流電源ACが投
入されると、突入電流制限抵抗Riからブリッジ整流回
路Diのダイオードを介して平滑コンデンサCiに対し
て電流が流入し、平滑コンデンサCiの両端電圧である
整流平滑電圧Eiを、交流入力電圧VACに対応するレベ
ルにまで引き上げる。すると、整流平滑電圧Eiのライ
ンから起動抵抗Rsを介して起動電流がスイッチング素
子Q1のベースに流入して、スイッチング素子Q1はオン
となり発振起動し、スイッチング動作が開始される。
In the power supply circuit shown in FIG. 5, when the switch SW is turned on and the commercial AC power supply AC is turned on, the smoothing capacitor Ci from the rush current limiting resistor Ri via the diode of the bridge rectifier circuit Di. , A rectified smoothed voltage Ei, which is a voltage across the smoothing capacitor Ci, is raised to a level corresponding to the AC input voltage VAC. Then, the starting current flows from the line of the rectified smoothed voltage Ei to the base of the switching element Q1 via the starting resistance Rs, and the switching element Q1 is turned on to start oscillation and start the switching operation.

【0015】しかし、このような起動時の動作に伴って
は、絶縁コンバータトランスPITの二次側の平滑コン
デンサCO1,CO2に対して過大な充電電流が流れる。ま
た、平滑コンデンサCiから電流検出巻線NA−一次巻
線N1を介して、スイッチング素子Q1のコレクタに過大
なコレクタ電流もながれることになる。さらに、このと
きの二次側直流出力電圧EO1,EO2のレベルとしては、
所要のレベルに立ち上がっていく過渡の状態であり、従
って、このときには、二次側直流出力電圧EO1のレベル
に応じたスイッチング周波数制御は行われない。このと
きのスイッチング素子Q1は、駆動巻線NBのインダクタ
ンスと、コンデンサCBのキャパシタンスとによって決
定される最低のスイッチング周波数によって動作する。
この電源回路の場合、スイッチング周波数が最低のスイ
ッチング周波数によりスイッチング動作を行うと、スイ
ッチング素子Q1のオン期間とオフ期間のうち、オン期
間のほうが長くなるのであるが、これによって、スイッ
チング素子Q1のオフ期間において、スイッチング素子
Q1//並列共振コンデンサCrの並列回路の両端に発生
する並列共振電圧V1としての電圧共振パルスのピーク
レベルも過大なものとなってしまう。
However, accompanying such an operation at the time of starting, an excessive charging current flows to the smoothing capacitors CO1 and CO2 on the secondary side of the insulating converter transformer PIT. Also, an excessive collector current flows from the smoothing capacitor Ci to the collector of the switching element Q1 via the current detection winding NA and the primary winding N1. Further, the levels of the secondary side DC output voltages EO1 and EO2 at this time are as follows.
This is a transient state in which the voltage rises to a required level. Therefore, at this time, switching frequency control according to the level of the secondary DC output voltage EO1 is not performed. At this time, the switching element Q1 operates at the lowest switching frequency determined by the inductance of the drive winding NB and the capacitance of the capacitor CB.
In the case of this power supply circuit, when the switching operation is performed at the lowest switching frequency, the ON period of the ON period and the OFF period of the switching device Q1 becomes longer. During the period, the peak level of the voltage resonance pulse as the parallel resonance voltage V1 generated at both ends of the parallel circuit of the switching element Q1 // parallel resonance capacitor Cr also becomes excessive.

【0016】そこで図5に示した構成の回路の実際とし
ては、起動時においてスイッチング素子Q1に流れる過
大なコレクタ電流を制限するための過電流制限回路を設
けることがある。図6は、図5に示した回路構成を基本
として過電流制限回路を設けた電源回路の構成例が示さ
れている。なお、この図において図5と同一部分には同
一符号を付して説明を省略する。図6に示される過電流
制限回路10は、スイッチング素子Q1のエミッタに流
れる電流を、電流検出抵抗REと分圧抵抗R11,R12か
ら成る回路によって検出するようにしている。そして、
過大とされるレベルのエミッタ電流を検出してトランジ
スタQ10を導通させることで、スイッチング素子Q1の
ベース電流を、ダイオードD2からトランジスタQ10の
コレクタ−エミッタを介して流すようにされる。これに
よって、スイッチング素子Q1の順方向のベース電流が
抑制されることになり、スイッチング素子Q1のコレク
タに流れるコレクタ電流を制限することが可能になる。
Therefore, as a practical example of the circuit having the configuration shown in FIG. 5, an overcurrent limiting circuit for limiting an excessive collector current flowing through the switching element Q1 at the time of startup may be provided. FIG. 6 shows a configuration example of a power supply circuit provided with an overcurrent limiting circuit based on the circuit configuration shown in FIG. In this figure, the same parts as those in FIG. The overcurrent limiting circuit 10 shown in FIG. 6 detects a current flowing through the emitter of the switching element Q1 by a circuit including a current detecting resistor RE and voltage dividing resistors R11 and R12. And
By detecting the excessively high level of the emitter current and turning on the transistor Q10, the base current of the switching element Q1 flows from the diode D2 through the collector and emitter of the transistor Q10. As a result, the forward base current of the switching element Q1 is suppressed, and the collector current flowing to the collector of the switching element Q1 can be limited.

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示したようにして過電流制限回路10を設けるようにし
た場合には、例えばスイッチング素子Q1のエミッタと
直列に電流検出抵抗REが接続されることになるので、
電流検出抵抗REにおける電力損失が生じてしまうこと
になる。この電流検出抵抗REにおける電力損失は、特
に重負荷時において増加し、電力変換効率を低下させる
要因となっている。
However, when the overcurrent limiting circuit 10 is provided as shown in FIG. 6, for example, a current detecting resistor RE is connected in series with the emitter of the switching element Q1. Because
A power loss occurs in the current detection resistor RE. The power loss in the current detection resistor RE increases particularly under a heavy load, and is a factor that lowers the power conversion efficiency.

【0017】また、図7の波形図は、上記図6に示した
回路の動作として、負荷変動に応じた電圧共振パルスV
1と、スイッチング素子Q1のコレクタ電流IQ1を示して
いる。例えば、中間負荷時とされ、交流入力電圧VAC=
120V程度とされる定常動作時においては、図7
(a)(b)に示すようにして、電圧共振パルスV1は
700Vp程度とされ、スイッチング素子Q1のコレク
タ電流IQ1は4.5A程度となっている。これに対し
て、最大負荷電力(Pomax=150W)とされ、交流入力
電圧VAC=120V程度にまで上昇したとされる条件で
は、図7(c)(d)に示すように、電圧共振パルスV
1は900Vp程度にまで上昇し、スイッチング素子Q1
のコレクタ電流IQ1は6.5A程度にまで上昇してしま
う。つまり、最大負荷電力時の電圧共振パルスV1とコ
レクタ電流IQ1は、定常時よりも20〜30パーセント
程度も増加している。このような動作は、図6に示した
回路が過電流制限回路10を備えているために、交流入
力電圧VACが上昇したときに対応したマージンと、過電
流制限回路10を構成する部品のばらつきによる定常動
作時の誤動作マージンを考慮して回路設計を行った結果
によるものとされる。そして、スイッチング素子Q1と
しては、最大負荷電力時に対応して、例えば1200V
という高耐圧品を選定しなければならない。スイッチン
グ素子が高耐圧になるほど、大型で高価になってしま
う。また、スイッチング特性も劣ってくる。
FIG. 7 is a waveform chart showing the operation of the circuit shown in FIG.
1 and the collector current IQ1 of the switching element Q1. For example, an intermediate load is assumed, and the AC input voltage VAC =
At the time of steady operation at about 120 V, FIG.
As shown in (a) and (b), the voltage resonance pulse V1 is about 700 Vp, and the collector current IQ1 of the switching element Q1 is about 4.5A. On the other hand, under the condition that the maximum load power (Pomax = 150 W) is set and the AC input voltage VAC is increased to about 120 V, as shown in FIGS. 7C and 7D, the voltage resonance pulse V
1 rises to about 900 Vp, and the switching element Q1
Collector current IQ1 rises to about 6.5A. That is, the voltage resonance pulse V1 and the collector current IQ1 at the time of the maximum load power are increased by about 20 to 30% as compared with the steady state. Such an operation includes a margin corresponding to an increase in the AC input voltage VAC and a variation in components constituting the overcurrent limiting circuit 10 because the circuit shown in FIG. This is the result of circuit design in consideration of a malfunction margin during normal operation. The switching element Q1 is, for example, 1200 V corresponding to the maximum load power.
Must be selected. The higher the withstand voltage of the switching element, the larger and more expensive it becomes. In addition, the switching characteristics are inferior.

【0018】また、図5及び図6に示した電源回路で
は、起動時における二次側直流出力電圧の立ち上がる時
間が速いことから、例えば起動時において二次側直流出
力電圧のレベル変動を検出してその急峻なレベル上昇を
抑制するように回路を構成することができない。つま
り、二次側直流出力電圧のレベル変動を検出することに
よっては、いわゆるソフトスタート動作が得られない。
このため、起動時における誤動作マージンがなく、それ
だけ電源回路の信頼性に欠けるという問題を有してい
る。
In the power supply circuits shown in FIGS. 5 and 6, since the rise time of the secondary DC output voltage at startup is fast, for example, a level change of the secondary DC output voltage is detected at startup. Therefore, a circuit cannot be configured to suppress such a sharp rise in level. That is, a so-called soft start operation cannot be obtained by detecting the level fluctuation of the secondary side DC output voltage.
For this reason, there is a problem that there is no malfunction margin at the time of start-up, and the reliability of the power supply circuit is accordingly reduced.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】そこで本発明は上記した
課題を考慮して、スイッチング電源回路として次のよう
にして構成する。つまり、直流入力電圧についてスイッ
チングを行うスイッチング素子を備えたスイッチング手
段と、一次巻線に得られる上記スイッチング手段の出力
を二次巻線に伝送する絶縁コンバータトランスと、この
絶縁コンバータトランスの一次巻線と、一次側並列共振
コンデンサとにより形成され、上記スイッチング手段の
動作を電圧共振形とするように設けられる一次側並列共
振回路を備える。また、絶縁コンバータトランスに巻装
した二次巻線に対して二次側並列共振コンデンサを並列
に接続することで形成される二次側並列共振回路と、こ
の二次側並列共振回路に得られる交番電圧を入力して整
流動作を行うことで直流出力電圧を得るように構成され
る直流出力電圧生成手段を備える。また、上記絶縁コン
バータトランスの一次巻線に直列に接続されて上記スイ
ッチング手段の出力を検出する一次巻線と、該一次巻線
により検出されたスイッチング電圧が伝送される二次巻
線とを有するドライブトランスと、少なくともドライブ
トランスの二次巻線と直列に接続される直列共振コンデ
ンサと直列共振インダクタとによる直列共振回路とを備
えて形成され、上記スイッチング素子に対してスイッチ
ング駆動信号を供給するスイッチング駆動手段とを備え
る。また、直列共振コンデンサと直列共振インダクタと
の接続点に接続される分割コンデンサと導通制御用素子
との直列回路と、直流出力電圧生成手段により得られる
直流出力電圧のレベルに応じて上記導通制御用素子の導
通量を可変して、分割コンデンサを流れる電流量を可変
制御することで、スイッチング素子のスイッチング周波
数を制御して直流出力電圧についての定電圧制御を行う
ようにされる定電圧制御手段を備える。そして、絶縁コ
ンバータトランスPITの一次側に巻装される三次巻線
を備え、この三次巻線に得られる交番電圧を整流するこ
とで一次側直流電圧を得るようにされる一次側直流電圧
生成手段と、起動時において得られる一次側直流電圧に
基づき、定電圧制御手段が直流出力電圧を低くする動作
傾向となるように導通制御用素子の導通量を可変制御す
るソフトスタート手段とを備えるものである。
In view of the above-mentioned problems, the present invention is configured as a switching power supply circuit as follows. That is, a switching means including a switching element for switching the DC input voltage, an insulating converter transformer for transmitting an output of the switching means obtained on the primary winding to a secondary winding, and a primary winding of the insulating converter transformer. And a primary-side parallel resonance circuit formed by the primary-side parallel resonance capacitor and provided to make the operation of the switching means a voltage resonance type. In addition, a secondary parallel resonance circuit formed by connecting a secondary parallel resonance capacitor in parallel to a secondary winding wound on an insulating converter transformer, and a secondary parallel resonance circuit obtained in this secondary parallel resonance circuit DC output voltage generating means is provided which is configured to obtain a DC output voltage by inputting an alternating voltage and performing a rectification operation. A primary winding connected in series to a primary winding of the insulating converter transformer and detecting an output of the switching means; and a secondary winding to which a switching voltage detected by the primary winding is transmitted. A switching unit configured to include a drive transformer and at least a series resonance circuit including a series resonance capacitor and a series resonance inductor connected in series with a secondary winding of the drive transformer, and to supply a switching drive signal to the switching element; Drive means. Further, a series circuit of a division capacitor connected to a connection point between the series resonance capacitor and the series resonance inductor and the conduction control element, and the conduction control element according to the level of the DC output voltage obtained by the DC output voltage generation means. By changing the amount of conduction of the element and variably controlling the amount of current flowing through the dividing capacitor, a constant voltage control means that controls the switching frequency of the switching element and performs constant voltage control on the DC output voltage is provided. Prepare. A primary-side DC voltage generating means provided with a tertiary winding wound on the primary side of the insulating converter transformer PIT, and rectifying an alternating voltage obtained in the tertiary winding to obtain a primary-side DC voltage; And soft start means for variably controlling the conduction amount of the conduction control element so that the constant voltage control means has an operation tendency to lower the DC output voltage based on the primary side DC voltage obtained at the time of startup. is there.

【0020】上記構成では、スイッチング素子を自励式
によってスイッチング駆動する複合共振形コンバータに
おいて、定電圧制御のために、二次側の直流出力電圧に
応じて導通制御素子における導通量を可変するようにし
ている。これによって、スイッチング駆動手段内の直列
共振コンデンサと並列接続される分割コンデンサに流れ
る電流を可変制御して、スイッチング素子のスイッチン
グ周波数を制御するようにしている。そしてこのような
定電圧制御の構成であれば、例えば自励式の場合にスイ
ッチング周波数可変制御のために用いられていた直交型
制御トランスを省略することが可能となる。その上で本
発明は、絶縁コンバータトランスの一次側に三次巻線を
巻装することで、この三次巻線に励起される交番電圧を
基に一次側直流電圧を生成する。この一次側直流電圧
は、起動時においては例えば0レベルから或る定常レベ
ルにまで上昇していくものであり、従って、起動時にお
ける二次側直流出力電圧の上昇にも対応している。そし
て、本発明のソフトスタート手段は、起動時において、
一次側直流電圧のレベル上昇に応じて、二次側直流出力
電圧を低くする動作が得られる制御傾向で以てスイッチ
ング周波数が可変制御されるように、導通制御用素子の
導通量を可変制御するソフトスタート回路を備えるよう
にされる。つまり、このソフトスタート回路は、一次側
にて間接的に二次側直流出力電圧のレベル上昇を検出し
てソフトスタート動作を得るようにしているものであ
る。
In the above configuration, in the compound resonance type converter in which the switching element is driven by self-excited switching, the amount of conduction in the conduction control element is varied according to the DC output voltage on the secondary side for constant voltage control. ing. Thus, the current flowing through the split capacitor connected in parallel with the series resonance capacitor in the switching driving means is variably controlled to control the switching frequency of the switching element. With such a configuration of constant voltage control, for example, in the case of the self-excited type, it is possible to omit the orthogonal control transformer used for the switching frequency variable control. Then, the present invention winds a tertiary winding on the primary side of the insulated converter transformer to generate a primary side DC voltage based on the alternating voltage excited in the tertiary winding. The primary side DC voltage rises from, for example, 0 level to a certain steady level at the time of startup, and therefore corresponds to the rise of the secondary side DC output voltage at the time of startup. And the soft start means of the present invention, at the time of startup,
The amount of conduction of the conduction control element is variably controlled such that the switching frequency is variably controlled with a control tendency to obtain an operation of lowering the secondary side DC output voltage in accordance with the level rise of the primary side DC voltage. A soft start circuit is provided. That is, the soft start circuit is configured to indirectly detect a rise in the level of the secondary-side DC output voltage on the primary side to obtain a soft start operation.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態とし
てのスイッチング電源回路の構成例を示している。この
図に示す電源回路は、一次側に電圧共振形コンバータを
備えると共に二次側には並列共振回路を備えた複合共振
形スイッチングコンバータとしての構成を採る。この図
に示す電源回路においては、先ず、商用交流電源(交流
入力電圧VAC)を入力して直流入力電圧を得るための整
流平滑回路として、ブリッジ整流回路Di及び平滑コン
デンサCiからなる全波整流回路が備えられ、交流入力
電圧VACの1倍のレベルに対応する整流平滑電圧Eiを
生成するようにされる。また、この図では、電源回路の
動作をオン/オフさせるために商用交流電源のラインに
挿入されるスイッチSWが示される。
FIG. 1 shows a configuration example of a switching power supply circuit according to an embodiment of the present invention. The power supply circuit shown in this figure employs a configuration as a complex resonance type switching converter including a voltage resonance type converter on the primary side and a parallel resonance circuit on the secondary side. In the power supply circuit shown in this figure, first, as a rectifying and smoothing circuit for receiving a commercial AC power supply (AC input voltage VAC) to obtain a DC input voltage, a full-wave rectifying circuit including a bridge rectifying circuit Di and a smoothing capacitor Ci. And generates a rectified smoothed voltage Ei corresponding to a level that is one time the AC input voltage VAC. Further, FIG. 3 shows a switch SW inserted into a line of a commercial AC power supply for turning on / off the operation of the power supply circuit.

【0022】上記整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を
入力して断続するスイッチングコンバータとしては、1
石のスイッチング素子Q1を備えて、いわゆるシングル
エンド方式によるスイッチング動作を行う電圧共振形コ
ンバータが備えられる。ここでの電圧共振形コンバータ
は自励式の構成を採っており、スイッチング素子Q1と
しては、高耐圧のバイポーラトランジスタ(BJT;接
合型トランジスタ)が使用される。スイッチング素子Q
1のコレクタは、絶縁コンバータトランスPITの一次
巻線N1、及びドライブトランスCDTの一次巻線(検
出巻線)NAを介して平滑コンデンサCiの正極と接続
される。また、この場合のエミッタは、一次電流検出抵
抗R2を介して一次側アースに接続される。つまり、一
次電流検出抵抗R2は、スイッチング電流の経路とし
て、スイッチング素子Q1のエミッタと一次側アース間
に対して挿入されているものである。
As the switching converter that receives the rectified smoothed voltage Ei (DC input voltage) and is intermittent,
A voltage resonance type converter including a stone switching element Q1 and performing a so-called single-ended switching operation is provided. The voltage resonance type converter here has a self-excited type configuration, and a high breakdown voltage bipolar transistor (BJT: junction type transistor) is used as the switching element Q1. Switching element Q
The collector 1 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor Ci via the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT and the primary winding (detection winding) NA of the drive transformer CDT. In this case, the emitter is connected to the primary side ground via the primary current detection resistor R2. That is, the primary current detection resistor R2 is inserted between the emitter of the switching element Q1 and the primary side ground as a path for the switching current.

【0023】また、スイッチング素子Q1のコレクタ−
エミッタ間に対しては、並列共振コンデンサCrが並列
に接続される。この並列共振コンデンサCrのキャパシ
タンスと、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N
1に得られるリーケージインダクタンスとによって一次
側並列共振回路を形成するものとされている。そして、
スイッチング素子Q1のスイッチング動作に応じて、こ
の並列共振回路による共振動作が得られることで、スイ
ッチング素子Q1のスイッチング動作としては電圧共振
形となる。
The collector of the switching element Q1
A parallel resonance capacitor Cr is connected in parallel between the emitters. The capacitance of the parallel resonance capacitor Cr and the primary winding N of the insulating converter transformer PIT
The primary side parallel resonance circuit is formed by the leakage inductance obtained in (1). And
The resonance operation by the parallel resonance circuit is obtained according to the switching operation of the switching element Q1, so that the switching operation of the switching element Q1 is a voltage resonance type.

【0024】また、スイッチング素子Q1 のベース−エ
ミッタ間にはインダクタLBを介してクランプダイオー
ドDDが挿入されている。つまりクランプダイオードDD
のカソードが、後述する時定数コンデンサCB1とインダ
クタLBの接続点に接続され、クランプダイオードDDの
アノードは1次側アースに接続される。このクランプダ
イオードDDは低速リカバリ型ダイオードとされる。
A clamp diode DD is inserted between the base and the emitter of the switching element Q1 via an inductor LB. That is, the clamp diode DD
Is connected to a connection point between the time constant capacitor CB1 and the inductor LB, which will be described later, and the anode of the clamp diode DD is connected to the primary side ground. This clamp diode DD is a low-speed recovery type diode.

【0025】また、本実施の形態においては、スイッチ
ング素子Q1を起動させるための起動抵抗として、2本
の起動抵抗Rs1,Rs2に分割して直列に接続してい
る。そして、この直列接続された起動抵抗Rs1−Rs2
を、整流平滑電圧EiのラインとインダクタLBとの間
に挿入している。これによって、電源起動時において
は、上記起動抵抗Rs1−Rs2を介して得られる起動電
流が、インダクタLBを介してスイッチング素子Q1のベ
ースに流れるようにされ、これによってスイッチング素
子Q1がオンとなってスイッチング動作を開始するよう
にされている。
Further, in this embodiment, as a starting resistor for starting the switching element Q1, the starting resistor is divided into two starting resistors Rs1 and Rs2 and connected in series. Then, the starting resistors Rs1-Rs2 connected in series are connected.
Is inserted between the line of the rectified smoothed voltage Ei and the inductor LB. As a result, when the power supply is started, the starting current obtained through the starting resistors Rs1 to Rs2 flows through the inductor LB to the base of the switching element Q1, thereby turning on the switching element Q1. The switching operation is started.

【0026】ドライブトランスCDTの一次側は検出巻
線NAとされる。この検出巻線NAは絶縁コンバータトラ
ンスPITの一次巻線N1に直列に接続されていること
で、スイッチング素子Q1のスイッチング出力を検出す
る。この検出巻線NAからスイッチング電圧が伝送され
る二次巻線は、スイッチング素子Q1のための自励発振
駆動回路を形成する駆動巻線NBとされる。
The primary side of the drive transformer CDT is a detection winding NA. The detection winding NA is connected in series to the primary winding N1 of the insulation converter transformer PIT, and detects the switching output of the switching element Q1. The secondary winding to which the switching voltage is transmitted from the detection winding NA is a drive winding NB that forms a self-excited oscillation drive circuit for the switching element Q1.

【0027】このドライブトランスCDTとしては、例
えば図4(a)に示すようなH字型フェライト磁心によ
るものか、或いは図4(b)のEI−12型フェライト
磁心によるものを採用できる。図4(a)の場合は、H
字型のフェライト磁心100に対して、検出巻線NAと
駆動巻線NBを二重絶縁線として絶縁を確保した上で巻
装することで形成される。図4(b)の場合は、I型コ
ア102とE型コア103を図のように組み合わせる。
I型コア102とE型コア103の磁脚の接合点にはギ
ャップGを形成する。そしてE型コア103の中央磁脚
に分割ボビン103を配し、この分割ボビン103に検
出巻線NAと駆動巻線NBをそれぞれ巻装することで形成
される。この図4(a)又は図4(b)のようなドライ
ブトランスCDTは、例えば図15で説明した直交形制
御トランスPRTに比較して大幅な小型軽量化が可能と
なるものである。
As the drive transformer CDT, for example, one using an H-shaped ferrite core as shown in FIG. 4A or one using an EI-12 type ferrite core as shown in FIG. 4B can be adopted. In the case of FIG.
It is formed by winding the detection winding NA and the driving winding NB as a double insulated wire on the ferrite core 100 having the insulated shape while securing insulation. In the case of FIG. 4B, the I-type core 102 and the E-type core 103 are combined as shown.
A gap G is formed at the junction of the magnetic legs of the I-shaped core 102 and the E-shaped core 103. The split bobbin 103 is arranged on the center magnetic leg of the E-shaped core 103, and the detection winding NA and the drive winding NB are wound around the split bobbin 103, respectively. The drive transformer CDT as shown in FIG. 4A or FIG. 4B enables a significant reduction in size and weight as compared with, for example, the orthogonal control transformer PRT described with reference to FIG.

【0028】スイッチング素子Q1のベースに対して
は、図示するように、[駆動巻線NB−時定数コンデン
サCB−インダクタLB]のLC直列接続回路が接続され
る。この直列接続回路は、スイッチング素子Q1を自励
式により駆動するための自励発振駆動回路となる。イン
ダクタLBは、例えばフェライトビーズインダクタとし
ての構造を有する。
As shown, an LC series connection circuit of [drive winding NB-time constant capacitor CB-inductor LB] is connected to the base of the switching element Q1. This series connection circuit is a self-excited oscillation drive circuit for driving the switching element Q1 in a self-excited manner. The inductor LB has, for example, a structure as a ferrite bead inductor.

【0029】この場合、ドライブトランスCDTの駆動
巻線NBは、上記のように検出巻線NAが絶縁コンバータ
トランスPITの一次巻線に直列接続されているため、
一次巻線N1に得られるスイッチング出力電圧としての
交番電圧が励起される。そして、自励発振駆動回路とし
ては、コンデンサCB1と駆動巻線NBのインダクタンス
及びインダクタLBとによって、直列共振回路を形成す
る。この直列共振回路の共振周波数は、駆動巻線NBと
インダクタLBのインダクタンスと、共振コンデンサCB
1のキャパシタンスとによって決定される。
In this case, the drive winding NB of the drive transformer CDT has the detection winding NA connected in series to the primary winding of the insulating converter transformer PIT as described above.
An alternating voltage as a switching output voltage obtained in the primary winding N1 is excited. As the self-excited oscillation drive circuit, a series resonance circuit is formed by the capacitor CB1, the inductance of the drive winding NB, and the inductor LB. The resonance frequency of this series resonance circuit is determined by the inductance of the drive winding NB and the inductor LB and the resonance capacitor CB
And a capacitance of 1.

【0030】上記自励発振駆動回路では、絶縁コンバー
タトランスPITの一次巻線N1と直列接続された検出
巻線NAにより励起される駆動巻線NBには、ドライブ電
圧としての交番電圧が発生する。このドライブ電圧は、
直列共振回路(LB−CB1−NB)を介するようにして、
ドライブ電流としてスイッチング素子Q1のベースに出
力される。これにより、スイッチング素子Q1は、直列
共振回路の共振周波数により決定されるスイッチング周
波数でスイッチング動作を行うことになる。そして、そ
のコレクタに得られるスイッチング出力を絶縁コンバー
タトランスPITの一次巻線N1に伝達する。
In the self-excited oscillation drive circuit, an alternating voltage as a drive voltage is generated in the drive winding NB excited by the detection winding NA connected in series with the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT. This drive voltage is
Through a series resonance circuit (LB-CB1-NB),
The drive current is output to the base of the switching element Q1. As a result, the switching element Q1 performs a switching operation at a switching frequency determined by the resonance frequency of the series resonance circuit. Then, the switching output obtained at the collector is transmitted to the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT.

【0031】また、本実施の形態では、コンデンサCB2
と、MOS−FET(Q2)の直列回路が形成され、こ
の直列回路がコンデンサCB1とインダクタLBとの接続
点と一次側アースとの間に挿入される。ここで、コンデ
ンサCB2は、MOS−FET(Q2)としての抵抗分を
省略すれば、コンデンサCB1に流れる交番電流を分岐し
て一次側アースに流す経路を接続しているものと見るこ
とができる。そして、MOS−FET(Q2)は、コン
デンサCB2に流れる電流量を制御する導通制御の機能を
有しているものと見ることができる。
In this embodiment, the capacitor CB2
, A series circuit of MOS-FET (Q2) is formed, and this series circuit is inserted between the connection point between the capacitor CB1 and the inductor LB and the primary side ground. Here, if the resistance of the MOS-FET (Q2) is omitted, the capacitor CB2 can be regarded as connecting a path that branches the alternating current flowing through the capacitor CB1 to flow to the primary side ground. Then, it can be seen that the MOS-FET (Q2) has a conduction control function of controlling the amount of current flowing through the capacitor CB2.

【0032】MOS−FET(Q2)のドレインはコン
デンサCB2と接続され、ソースは一次側アースに接続さ
れる。また、クランプダイオードDD2は、MOS−FE
T(Q2)のドレイン−ソース間に対して図示する方向
により並列に接続される。この場合のクランプダイオー
ドDD2には、MOS−FET(Q2)に内蔵される、い
わゆるボディダイオードを利用することができる。
The drain of the MOS-FET (Q2) is connected to the capacitor CB2, and the source is connected to the primary side ground. Also, the clamp diode DD2 is a MOS-FE
The connection between the drain and source of T (Q2) is made in parallel in the direction shown. In this case, a so-called body diode incorporated in the MOS-FET (Q2) can be used as the clamp diode DD2.

【0033】また、この図に示す回路の場合には、絶縁
コンバータトランスPITの一次側に対して、三次巻線
N3が巻装される。この三次巻線N3に対してはダイオー
ドD1及びコンデンサC1から成る半波整流回路が接続さ
れており、このコンデンサC1の両端に対しては、所定
レベルの低圧直流電圧E1が得られることになる。そし
て、この低圧直流電圧E1は、フォトカプラPCを形成
するフォトトランジスタのコレクタ−エミッタからさら
に抵抗を介して、MOS−FET(Q2)のゲートに接
続される。従って、MOS−FET(Q2)のゲートに
おいては、フォトダイオードから流れる電流レベルに応
じた抵抗R1の両端電圧が発生し、これがゲート電圧と
してMOS−FET(Q2)のゲートに印加されること
になる。
In the case of the circuit shown in this figure, a tertiary winding N3 is wound around the primary side of the insulating converter transformer PIT. A half-wave rectifier circuit composed of a diode D1 and a capacitor C1 is connected to the tertiary winding N3. A low-level DC voltage E1 of a predetermined level is obtained at both ends of the capacitor C1. The low-voltage DC voltage E1 is connected to the gate of the MOS-FET (Q2) via the collector-emitter of the phototransistor forming the photocoupler PC and further via a resistor. Therefore, at the gate of the MOS-FET (Q2), a voltage across the resistor R1 is generated according to the level of the current flowing from the photodiode, and this is applied to the gate of the MOS-FET (Q2) as a gate voltage. .

【0034】また、本実施の形態の電源回路の一次側に
おいては、ソフトスタート回路2が設けられる。このソ
フトスタート回路2は、PNP型のトランジスタQ4
と、NPN型のトランジスタQ3とを有して形成され
る。トランジスタQ4のコレクタは、分割された起動抵
抗Rs1−Rs2の接続点に対して接続され、エミッタ
は、抵抗R2を介してMOS−FET(Q2)のゲートに
対して接続される。また、ベースは、抵抗R3を介して
トランジスタQ3のコレクタに接続される。
A soft start circuit 2 is provided on the primary side of the power supply circuit according to the present embodiment. This soft start circuit 2 includes a PNP transistor Q4
And an NPN transistor Q3. The collector of the transistor Q4 is connected to the connection point of the divided starting resistors Rs1 and Rs2, and the emitter is connected to the gate of the MOS-FET (Q2) via the resistor R2. The base is connected to the collector of the transistor Q3 via the resistor R3.

【0035】また、トランジスタQ3のベースは、分圧
抵抗R5−R6の接続点に対して接続されている。分圧抵
抗R5側はツェナーダイオードZDのアノード→カソー
ドを介して低圧直流電圧E1と接続され、分圧抵抗R6側
は一次側アースに接続される。また、トランジスタQ3
のエミッタも一次側アースに接続される。また、トラン
ジスタQ4のベースと抵抗R3の接続点と、トランジスタ
Q3のエミッタとの間には、時定数コンデンサC3が接続
される。ソフトスタート回路2の回路構成としては上記
したようになるが、この動作については後述する。
The base of the transistor Q3 is connected to the connection point of the voltage dividing resistors R5 and R6. The voltage dividing resistor R5 is connected to the low voltage DC voltage E1 via the anode → cathode of the Zener diode ZD, and the voltage dividing resistor R6 is connected to the primary side ground. Also, the transistor Q3
Are also connected to the primary side ground. A time constant capacitor C3 is connected between a connection point between the base of the transistor Q4 and the resistor R3 and the emitter of the transistor Q3. The circuit configuration of the soft start circuit 2 is as described above, and this operation will be described later.

【0036】絶縁コンバータトランスPITは、スイッ
チング素子Q1のスイッチング出力を二次側に伝送す
る。絶縁コンバータトランスPITは、図示による説明
は省略するが、例えばフェライト材による2組のE型コ
アを互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コ
アを有し、このEE型コアの中央磁脚に対して、分割ボ
ビンを利用して一次巻線N1と、二次巻線N2をそれぞれ
分割した状態で巻装している。そして、中央磁脚に対し
てはギャップを形成するようにしている。これによっ
て、所要の結合係数による疎結合が得られるようにして
いる。ギャップは、2組のE型コアの各中央磁脚を、2
本の外磁脚よりも短くすることで形成することが出来
る。また、結合係数kとしては、例えばk≒0.85と
いう疎結合の状態を得るようにしており、その分、飽和
状態が得られにくいようにしている。
The insulating converter transformer PIT transmits the switching output of the switching element Q1 to the secondary side. The insulating converter transformer PIT has an EE-type core in which two sets of E-type cores made of, for example, a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other. A primary winding N1 and a secondary winding N2 are wound around the legs in a divided state using a divided bobbin. Then, a gap is formed with respect to the center magnetic leg. As a result, loose coupling with a required coupling coefficient can be obtained. The gap consists of two central magnetic legs of two sets of E-shaped cores.
It can be formed by making it shorter than the outer magnetic leg of the book. The coupling coefficient k is set to a loosely coupled state of, for example, k ≒ 0.85, so that a saturated state is hardly obtained.

【0037】絶縁コンバータトランスPITの二次側で
は、一次巻線N1により誘起された交番電圧が二次巻線
N2に発生する。この場合、二次巻線N2に対しては、二
次側並列共振コンデンサC2が並列に接続されること
で、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2と二次
側並列共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって
並列共振回路が形成される。この並列共振回路により、
二次巻線N2に誘起される交番電圧は共振電圧となる。
つまり二次側において電圧共振動作が得られる。
On the secondary side of the insulating converter transformer PIT, an alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2. In this case, the secondary side parallel resonance capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2, so that the leakage inductance L2 of the secondary side winding N2 and the capacitance of the secondary side parallel resonance capacitor C2 are determined. A parallel resonance circuit is formed. With this parallel resonance circuit,
The alternating voltage induced in the secondary winding N2 becomes a resonance voltage.
That is, a voltage resonance operation is obtained on the secondary side.

【0038】つまり、この電源回路は、一次側にはスイ
ッチング動作を電圧共振形とするための並列共振回路を
備え、二次側には電圧共振動作を得るための並列共振回
路を備えた「複合共振形スイッチングコンバータ」とさ
れるものである。
In other words, this power supply circuit has a parallel resonance circuit on the primary side for making the switching operation a voltage resonance type, and a parallel resonance circuit on the secondary side for obtaining the voltage resonance operation. It is referred to as a “resonant switching converter”.

【0039】上記のようにして形成される電源回路の二
次側に対しては、二次側並列共振回路(N2//C2)に対
して、二次側整流ダイオードDO1と平滑コンデンサCO1
とからなる半波整流回路が接続され、これにより、二次
側並列共振回路(N2//C2)に発生する交番電圧のほぼ
等倍レベルに対応する二次側直流出力電圧EO1を得るよ
うにしている。また、ここでは、二次巻線N2に対して
タップ出力を設けて、このタップ出力と二次側アース間
に対して、図示するように、二次側整流ダイオードD02
と平滑コンデンサCO2から成る半波整流回路を接続する
ことで、低圧の二次側直流出力電圧EO2を得るようにし
ている。この場合、二次側直流出力電圧EO1は、制御回
路1に対して定電圧制御のための検出電圧として入力さ
れる。
For the secondary side of the power supply circuit formed as described above, for the secondary side parallel resonance circuit (N2 // C2), for the secondary side rectifier diode DO1 and the smoothing capacitor CO1
And a secondary DC output voltage EO1 corresponding to an almost equal level of the alternating voltage generated in the secondary parallel resonance circuit (N2 // C2). ing. Here, a tap output is provided for the secondary winding N2, and a secondary rectifier diode D02 is provided between the tap output and the secondary ground as shown in FIG.
And a half-wave rectifier circuit composed of a smoothing capacitor CO2 to obtain a low-voltage secondary-side DC output voltage EO2. In this case, the secondary side DC output voltage EO1 is input to the control circuit 1 as a detection voltage for constant voltage control.

【0040】制御回路1は、直流出力電圧EO1を検出入
力とする誤差増幅器として機能し、直流出力電圧EO1の
レベルに応じて可変のレベルの電流を出力する。ここで
は制御回路1は、直流出力電圧EO1のレベルが低下する
と、その低下分に応じて出力電流量を増加させる回路構
成とされており、その出力電流は、フォトカプラPCの
フォトダイオードに対して流れるようにされる。つま
り、この制御回路1の出力は一次側にフィードバックさ
れ、これにより、次に説明するようにしてスイッチング
素子Q1のスイッチング周波数が制御されて定電圧制御
が図られるのであるが、フォトカプラPCは、この定電
圧制御系において絶縁コンバータトランスPITの一次
側と二次側を直流的に絶縁するために設けられる。
The control circuit 1 functions as an error amplifier having the DC output voltage EO1 as a detection input, and outputs a current of a variable level according to the level of the DC output voltage EO1. Here, when the level of the DC output voltage EO1 is reduced, the control circuit 1 is configured to increase the amount of output current in accordance with the reduction, and the output current is supplied to the photodiode of the photocoupler PC. Let it flow. That is, the output of the control circuit 1 is fed back to the primary side, whereby the switching frequency of the switching element Q1 is controlled as described below to achieve constant voltage control. The constant voltage control system is provided to insulate the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer PIT in a DC manner.

【0041】ここで、二次側直流出力電圧EO1の負荷電
力が重負荷の条件となって二次側直流出力電圧EO1のレ
ベルが低く成るように変化したとする。この場合には、
制御回路1からフォトカプラPCを介してMOS−FE
T(Q2)のゲートに流れる電流レベルが増加されるこ
とになる。これにより、抵抗R1によってMOS−FE
T(Q2)のゲートに加わる制御電圧(ゲート電圧)も
上昇することになる。
Here, it is assumed that the load power of the secondary-side DC output voltage EO1 has changed such that the level of the secondary-side DC output voltage EO1 becomes low under heavy load conditions. In this case,
MOS-FE from control circuit 1 via photocoupler PC
The current level flowing to the gate of T (Q2) will be increased. Thereby, the MOS-FE is set by the resistor R1.
The control voltage (gate voltage) applied to the gate of T (Q2) also increases.

【0042】このようにしてレベルが変化するゲート電
圧によりMOS−FET(Q2)の導通状態が制御され
るが、これによってMOS−FET(Q2)と直列接続
されているコンデンサCB2の導通角が制御される。そし
てMOS−FET(Q2)とコンデンサCBの直列回路
と、低速リカバリ型のクランプダイオードDD1とが、そ
れぞれ並列に、コンデンサCB1とインダクタLBの接続
点に接続されることで、スイッチング素子Q1のスイッ
チング周波数が高められるように駆動され、しかも、直
列共振回路(LB−CB1−NB)の共振電流(スイッチン
グ素子Q1のベース電流IB)が制御されてスイッチン
グ素子Q1のスイッチング周波数と共に、その導通角が
同時に可変制御される動作が得られる。
The conduction state of the MOS-FET (Q2) is controlled by the gate voltage whose level changes in this manner, whereby the conduction angle of the capacitor CB2 connected in series with the MOS-FET (Q2) is controlled. Is done. The series circuit of the MOS-FET (Q2) and the capacitor CB and the low-speed recovery type clamp diode DD1 are connected in parallel to the connection point of the capacitor CB1 and the inductor LB, respectively, so that the switching frequency of the switching element Q1 is changed. And the resonance current (base current IB of the switching element Q1) of the series resonance circuit (LB-CB1-NB) is controlled, so that the conduction angle and the switching frequency of the switching element Q1 are simultaneously variable. A controlled operation is obtained.

【0043】なお、スイッチング周波数と導通角が同時
に可変制御される動作は、前述もした複合制御方式によ
る動作であり、スイッチング素子Q1がオフとなる期間
は一定で、オンとなる期間(導通角)が制御される。そ
して、このような動作によって、二次側直流出力電圧E
O1のレベルが低下した際には、それを上昇させる作用が
得られることとなって定電圧化が図られることになる。
つまり、重負荷時にはスイッチング素子Q1がオンして
いるTON期間が長くなり、軽負荷時にはTON期間が短く
なるように制御される。
The operation in which the switching frequency and the conduction angle are simultaneously variably controlled is an operation based on the above-described complex control method. The period during which the switching element Q1 is off is constant, and the period during which the switching element Q1 is on (conduction angle). Is controlled. By such an operation, the secondary side DC output voltage E
When the level of O1 decreases, an effect of increasing the level is obtained, and a constant voltage is achieved.
That is, the control is performed such that the TON period during which the switching element Q1 is on is prolonged at the time of heavy load, and is shortened at the time of light load.

【0044】このようにして、二次側直流出力電圧EO1
のレベルに応じてスイッチング周波数が可変制御される
ことで、例えば一次側から二次側に伝送されるエネルギ
ーが可変され、結果的には、二次側直流出力電圧のレベ
ルが可変されることになる。つまり、電源の安定化が図
られる。
Thus, the secondary side DC output voltage EO1
The switching frequency is variably controlled in accordance with the level of, for example, the energy transmitted from the primary side to the secondary side is varied, and as a result, the level of the secondary side DC output voltage is varied. Become. That is, the power supply is stabilized.

【0045】これまでの説明からも分かるように、本実
施の形態の電源回路では、定電圧制御のために、MOS
−FET(Q2)のゲート電極に対しては、二次側直流
出力電圧のレベルに応じて可変制御される制御電圧を印
加するようにしており、このMOS−FET(Q2)の
導通状態により例えばスイッチング素子Q1のスイッチ
ング周波数を可変制御する。つまり、スイッチング素子
は、その導通角及びスイッチング周波数が同時に可変さ
れる複合制御方式によって制御されることになるが、こ
のような動作を得るためにあたり、直交型制御トランス
を省略した構成とすることが可能になる。これにより、
直交型制御トランスのギャップのばらつき等に起因する
インダクタンス値のばらつきの問題は解消される。特に
本発明におけるドライブトランスのインダクタンスのば
らつきは±5%程度であるため、交流入力電圧の範囲に
対するマージンを少なく設定することが可能となるの
で、回路設計も容易なものとすることが可能になる。ま
た、直交形制御トランスの製造工程の困難さの問題も解
消される。さらにAC/DC電力変換効率の向上も図ら
れる。
As can be seen from the above description, in the power supply circuit of the present embodiment, the MOS
A control voltage variably controlled in accordance with the level of the secondary-side DC output voltage is applied to the gate electrode of the FET (Q2). For example, depending on the conduction state of the MOS-FET (Q2), The switching frequency of the switching element Q1 is variably controlled. In other words, the switching element is controlled by a complex control method in which the conduction angle and the switching frequency are simultaneously varied, but in order to obtain such an operation, the configuration may be such that the orthogonal control transformer is omitted. Will be possible. This allows
The problem of the variation of the inductance value caused by the variation of the gap of the orthogonal control transformer is solved. In particular, since the variation of the inductance of the drive transformer in the present invention is about ± 5%, it is possible to set a small margin for the range of the AC input voltage, so that the circuit design can be simplified. . Further, the problem of difficulty in manufacturing the orthogonal control transformer is solved. Further, the AC / DC power conversion efficiency is improved.

【0046】また、直交形制御トランスの制御巻線に制
御電力を供給してスイッチング周波数を制御する構成で
はないので、軽負荷時の無効電力を低減し、電力損失を
低減できる。さらに、ドライブトランスは、小型軽量の
ものが選定でき、補助スイッチング素子としては低耐圧
小容量品のMOS−FETでよいなど、設計上及びコス
ト上、好適である。
Further, since the switching frequency is not controlled by supplying control power to the control winding of the orthogonal control transformer, the reactive power at light load can be reduced, and the power loss can be reduced. Further, a small and lightweight drive transformer can be selected, and a low breakdown voltage and small capacity MOS-FET may be used as the auxiliary switching element, which is preferable in terms of design and cost.

【0047】またスイッチング駆動信号としての共振電
流は正弦波形であり、スイッチング素子のベース電流
は、順方向ベース電流より逆方向ベース電流の方がピー
ク値は大きくなってスイッチング素子Q1の下降時間が
少ないので、スイッチング素子Q1のオフ時のスイッチ
ング損失が低減されるものとなる。またスイッチング素
子Q1の発熱も少ないという利点も得られる。
The resonance current as the switching drive signal has a sinusoidal waveform, and the base current of the switching element has a larger peak value in the reverse base current than in the forward base current, and the fall time of the switching element Q1 is shorter. Therefore, the switching loss when the switching element Q1 is turned off is reduced. Further, there is obtained an advantage that the heat generation of the switching element Q1 is small.

【0048】続いて、ソフトスタート回路2の動作につ
いて説明する。先に説明した定電圧制御動作によると、
MOS−FET(Q2)のゲート電圧を上昇させるよう
にして制御すれば、スイッチング周波数が高くなるよう
に制御され、これによっては、上昇した二次側直流出力
電圧を低下させることになる。そこで、スイッチSWを
オンとした後に定常動作となるまでの過渡期とされる起
動時において、MOS−FET(Q2)のゲート電圧を
上昇させ、スイッチング周波数を高くするような動作を
得れば、この起動時における二次側直流出力電圧Eの急
峻な上昇は抑制されることになる。つまり、起動時にお
けるソフトスタート動作が得られる。本実施の形態のソ
フトスタート回路2は、上記した動作を行うように構成
されている。
Next, the operation of the soft start circuit 2 will be described. According to the constant voltage control operation described above,
If the control is performed by increasing the gate voltage of the MOS-FET (Q2), the switching frequency is controlled to be increased, thereby lowering the increased secondary-side DC output voltage. Therefore, at the time of startup, which is a transitional period from when the switch SW is turned on until the steady operation is performed, if an operation is performed to increase the gate voltage of the MOS-FET (Q2) and increase the switching frequency, The steep rise of the secondary side DC output voltage E at the time of the start is suppressed. That is, a soft start operation at the time of startup is obtained. The soft start circuit 2 of the present embodiment is configured to perform the above operation.

【0049】ここで、スイッチSWがオンとされて商用
交流電源ACのラインが接続されると、交流入力電圧V
ACが整流平滑回路(Di,Ci)から成る整流平滑回路
に投入される。つまり、ブリッジ整流回路Diを介して
平滑コンデンサCiに整流電流が流入し、平滑コンデン
サCiの両端電圧である整流平滑電圧Eiを交流入力電
圧VACに対応するレベルにまで上昇させる。そして、こ
のようにして整流平滑電圧Eiが上昇していくときに
は、起動抵抗Rs1−Rs2を介して起動電流がスイッチ
ング素子Q1のベースに流入し、この起動電流によって
スイッチング素子Q1がオン状態となると、自励発振駆
動回路の発振動作が開始され、スイッチング動作も開始
されることになる。
Here, when the switch SW is turned on and the line of the commercial AC power supply AC is connected, the AC input voltage V
AC is supplied to a rectifying / smoothing circuit including a rectifying / smoothing circuit (Di, Ci). That is, a rectified current flows into the smoothing capacitor Ci via the bridge rectifier circuit Di, and raises the rectified smoothed voltage Ei, which is a voltage across the smoothing capacitor Ci, to a level corresponding to the AC input voltage VAC. When the rectified smoothed voltage Ei increases in this way, a starting current flows into the base of the switching element Q1 via the starting resistors Rs1 to Rs2, and when the switching element Q1 is turned on by the starting current, The oscillation operation of the self-excited oscillation drive circuit is started, and the switching operation is also started.

【0050】スイッチング動作が開始されるのに伴っ
て、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1には
交番電圧が発生するが、一次巻線N1に励起される三次
巻線N3にも交番電圧の発生が始まる。この交番電圧
は、ダイオードD1により整流されてコンデンサC1に充
電されていくことで、コンデンサC1の両端電圧である
低圧直流電圧E1としては、例えば定常レベルにまで上
昇していくようにして現れてくることになる。このと
き、絶縁コンバータトランスPITの二次側において
は、二次巻線N2に励起された交番電圧を整流して得ら
れる整流電流によって平滑コンデンサCO1,CO2に対す
る充電が開始されているために、二次側直流出力電圧E
O1,EO2もそのレベルが上昇していく過程にある。つま
り、起動時における一次側の低圧直流電圧E1のレベル
変化は、二次側直流出力電圧EO1,EO2のレベル変化に
応答したものとなっているといえる。
As the switching operation is started, an alternating voltage is generated in the primary winding N1 of the isolated converter transformer PIT, and an alternating voltage is also generated in the tertiary winding N3 excited by the primary winding N1. Begins. This alternating voltage is rectified by the diode D1 and charged in the capacitor C1, so that the low-voltage DC voltage E1, which is a voltage across the capacitor C1, appears to rise to, for example, a steady level. Will be. At this time, on the secondary side of the insulating converter transformer PIT, charging of the smoothing capacitors CO1 and CO2 is started by a rectified current obtained by rectifying the alternating voltage excited by the secondary winding N2. Secondary side DC output voltage E
O1 and EO2 are in the process of increasing their levels. In other words, it can be said that the level change of the low-voltage DC voltage E1 on the primary side at the time of startup responds to the level change of the secondary-side DC output voltages EO1 and EO2.

【0051】そこで、ソフトスタート回路2では、上記
した低圧直流電圧E1のレベル変化を、二次側直流出力
電圧EO1,EO2のレベル変化として検出するようにして
いる。つまり、ソフトスタート回路2においては、低圧
直流電圧E1と一次側アース間に対してツェナーダイオ
ードZDのカソード−アノードを介して分圧抵抗R5−
R6を接続しており、これらの素子から成る回路によっ
て、低圧直流電圧E1のレベルの上昇を検出し、分圧抵
抗R5−R6の接続点からトランジスタQ3のベースにベ
ース電流を流すようにされる。
Therefore, the soft start circuit 2 detects the level change of the low-voltage DC voltage E1 as the level change of the secondary-side DC output voltages EO1 and EO2. That is, in the soft start circuit 2, the voltage dividing resistor R5-is connected between the low-voltage DC voltage E1 and the primary side ground via the cathode and the anode of the Zener diode ZD.
R6 is connected, and a circuit composed of these elements detects an increase in the level of the low-voltage DC voltage E1 and causes a base current to flow from the connection point of the voltage dividing resistors R5-R6 to the base of the transistor Q3. .

【0052】そして、上記のようにして起動後において
トランジスタQ3にベース電流が流れ始めると、このト
ランジスタQ3のコレクタに電流が流れることになるの
で、抵抗R3を介して、トランジスタQ4のベース電流も
流れることになる。これによってトランジスタQ4で
は、整流平滑電圧Eiのラインから起動抵抗Rs1を介
して得られる電流を、エミッタ−コレクタからさらに抵
抗R2を介して流すようにされる。そして、この電流に
よって抵抗R1の電位であるMOS−FET(Q2)のゲ
ート電圧が上昇されることになる。なお、このとき、二
次側直流出力電圧は上昇過程にあって制御回路1は動作
を開始していないので、フォトカプラPCは導通してい
ない。
When the base current starts flowing through the transistor Q3 after the start as described above, the current flows through the collector of the transistor Q3. Therefore, the base current of the transistor Q4 also flows through the resistor R3. Will be. As a result, in the transistor Q4, the current obtained from the line of the rectified smoothed voltage Ei via the starting resistor Rs1 flows from the emitter-collector via the resistor R2. Then, the gate voltage of the MOS-FET (Q2), which is the potential of the resistor R1, is increased by this current. At this time, since the secondary DC output voltage is in the process of rising and the control circuit 1 has not started operation, the photocoupler PC is not conducting.

【0053】このようにしてMOS−FET(Q2)の
ゲート電圧が引き上げられることで、このときには、ス
イッチング素子Q1のスイッチング周波数は、例えば制
御範囲の上限に近い200KHz程度にまで高くなるよ
うにして制御されることになる。前述したように、本実
施の形態の定電圧制御系はスイッチング周波数が高くな
れば二次側直流出力電圧を低下させる傾向で制御するこ
とになるのであるが、、上記したような起動時において
スイッチング周波数を高くすることによっては、二次側
直流出力電圧の急峻な上昇を抑制する動作が行われるこ
とになる。
By increasing the gate voltage of the MOS-FET (Q2) in this manner, the switching frequency of the switching element Q1 is controlled so as to increase to, for example, about 200 KHz which is close to the upper limit of the control range. Will be done. As described above, the constant-voltage control system according to the present embodiment performs control with a tendency to decrease the secondary-side DC output voltage as the switching frequency increases. By increasing the frequency, an operation of suppressing a sharp rise in the secondary side DC output voltage is performed.

【0054】また、ソフトスタート回路2が上記した動
作を開始して、トランジスタQ4に対してベースが流れ
るようにされると、このベース電流は、時定数コンデン
サC3に充電電流として流入し、時定数コンデンサC3の
電位を引き上げていくことになる。すると、トランジス
タQ4のベース電位が高くなってくるために、トランジ
スタQ4のコレクタ電流は時間経過に応じて減少し、M
OS−FET(Q2)のゲート電圧も低下していくこと
になる。従って、スイッチング周波数は徐々に下がって
いくことになる。そして、スイッチング周波数が低下し
ていくのに応じては、二次側直流出力電圧のレベルが徐
々に定常レベルにまで引き上げられていく。そして、時
定数コンデンサC3の電位がトランジスタQ4のベース−
エミッタ間電圧と同電位以上となったときに、トランジ
スタQ4にベース電流が流れなくなり、トランジスタQ4
のコレクタ電流に基づいたスイッチング周波数の強制的
な制御は以降停止することになる。つまりソフトスター
ト動作が終了される。そして、ソフトスタート動作が終
了した時点では、二次側直流出力電圧は、ほぼ定常に近
いレベルにまで引き上げられており、以降においては、
制御回路1の制御による通常の定電圧制御に移行するこ
とになる。また、上記説明によると、起動時からソフト
スタート回路2の動作が開始されて終了するまでの動作
時間は、時定数コンデンサC3の時定数(キャパシタン
ス)により決定されることになる。
When the soft start circuit 2 starts the above-mentioned operation and the base is made to flow to the transistor Q4, this base current flows into the time constant capacitor C3 as a charging current, and the time constant The potential of the capacitor C3 will be raised. Then, the base potential of the transistor Q4 increases, so that the collector current of the transistor Q4 decreases with the lapse of time.
The gate voltage of the OS-FET (Q2) also decreases. Therefore, the switching frequency gradually decreases. Then, as the switching frequency decreases, the level of the secondary DC output voltage is gradually increased to a steady level. The potential of the time constant capacitor C3 is equal to the base of the transistor Q4.
When the potential becomes equal to or higher than the emitter-to-emitter voltage, the base current stops flowing through the transistor Q4, and the transistor Q4
The forcible control of the switching frequency based on the collector current is stopped thereafter. That is, the soft start operation ends. Then, at the time when the soft start operation is completed, the secondary side DC output voltage has been raised to a level close to a steady state, and thereafter,
The control is shifted to the normal constant voltage control under the control of the control circuit 1. Further, according to the above description, the operation time from the start to the start and the end of the operation of the soft start circuit 2 is determined by the time constant (capacitance) of the time constant capacitor C3.

【0055】図2は、起動時における一次側電圧共振パ
ルスV1と、スイッチング素子Q1のコレクタ電流IQ1の
レベル変化を時間経過と共に示している。なお、一次側
電圧共振パルスV1は、スイッチング素子Q1と並列共振
コンデンサCrの並列回路の両端に対して、スイッチン
グ素子Q1のオフ時に得られるパルス電圧である。ま
た、この図に示される特性は、交流入力電圧VAC=10
0V、最大負荷電力Po=150W時におけるものとさ
れる。
FIG. 2 shows the primary-side voltage resonance pulse V1 and the level change of the collector current IQ1 of the switching element Q1 over time at the time of startup. The primary-side voltage resonance pulse V1 is a pulse voltage obtained when both ends of the parallel circuit of the switching element Q1 and the parallel resonance capacitor Cr are turned off. Further, the characteristic shown in this figure is that the AC input voltage VAC = 10
0 V and the maximum load power Po = 150 W.

【0056】本実施の形態のソフトスタート回路2を設
けないとした場合には、例えば図2の破線に示すように
して、一次側電圧共振パルスV1及びコレクタ電流IQ1
は共に、起動直後から急峻に上昇する。この場合、スイ
ッチング動作はスイッチオン時からほぼ20ms程度を
経過したときに開始されるのであるが、その後も一次側
電圧共振パルスV1及びコレクタ電流IQ1は上昇を続
け、40msを経過するあたりで下降していくものの、
定常レベルとなって安定するのは約100ms経過後と
なる。
When the soft start circuit 2 of the present embodiment is not provided, for example, as shown by a broken line in FIG. 2, the primary side voltage resonance pulse V1 and the collector current IQ1
Both rise sharply immediately after startup. In this case, the switching operation is started approximately 20 ms after the switch is turned on. However, the primary-side voltage resonance pulse V1 and the collector current IQ1 continue to increase, and decrease after approximately 40 ms. Although it goes,
The steady level is reached after about 100 ms.

【0057】そこで、本実施の形態としては、例えば時
定数コンデンサC3のキャパシタンスとして、例えば1
00msの時定数が得られるように選定を行う。つま
り、ソフトスタート回路2としては、起動時から100
msの期間にわたって上述したソフトスタート動作が行
われるように設定する。このようにすれば、図2におい
て実線で示すようにして、起動時において一次側電圧共
振パルスV1及びコレクタ電流IQ1を定常以下のレベル
とすることが可能となるものである。つまり、起動後の
或る一定期間において一次側に生じる過電圧及び過電流
を抑制したうえで、以降の定常動作に安定的に移ること
を可能としているものである。
Therefore, in the present embodiment, for example, the capacitance of the time constant capacitor C3 is, for example, 1
Selection is performed so as to obtain a time constant of 00 ms. That is, as the soft start circuit 2, 100
It is set so that the above-described soft start operation is performed over a period of ms. In this way, as shown by the solid line in FIG. 2, the primary-side voltage resonance pulse V1 and the collector current IQ1 can be set to levels below the steady state at the time of startup. In other words, overvoltage and overcurrent occurring on the primary side during a certain period after the start-up are suppressed, and it is possible to stably shift to the subsequent steady-state operation.

【0058】また、図3には、起動時における二次側直
流出力電圧EO1のレベル変化を時間経過と共に示してい
る。この図に示す場合にも、ソフトスタート回路2を設
けないとした場合には、二次側直流出力電圧EO1は、破
線で示すように、起動時から20msを経過したあたり
で、定常レベルを超えた状態でピークとなり、ほぼ10
0msが経過するまで定常以上のレベルが現れてしま
う。これに対して、時定数コンデンサC3のキャパシタ
ンスについて100msの時定数が得られるように選定
したソフトスタート回路2を設けた場合には、実線で示
すように、起動時における一次側電圧共振パルスV1及
びコレクタ電流IQ1を定常以下のレベルとするソフトス
タート動作が得られていることが分かる。
FIG. 3 shows a change in the level of the secondary side DC output voltage EO1 at the time of startup with the elapse of time. Also in the case shown in this figure, when the soft start circuit 2 is not provided, the secondary side DC output voltage EO1 exceeds the steady level about 20 ms after the start, as shown by the broken line. Peaks in the state where
Until 0 ms elapses, a level higher than the steady state appears. On the other hand, when the soft start circuit 2 selected so as to obtain a time constant of 100 ms for the capacitance of the time constant capacitor C3 is provided, as shown by the solid line, the primary side voltage resonance pulse V1 and the It can be seen that a soft start operation in which the collector current IQ1 is set to a level equal to or lower than the steady state is obtained.

【0059】このようにして、本実施の形態の電源回路
では、ソフトスタート回路2による過電流保護及び過電
圧保護が行われることになるので、例えば先に図6に示
したような過電流制限回路10を備える必要はなくな
る。このために、本実施の形態では、スイッチング素子
Q1のエミッタに対して接続される電流検出抵抗によっ
て生じる電力損失を低減することができる。なお、本実
施の形態の回路においても、一次電流検出抵抗R2がス
イッチング素子Q1のエミッタに対して挿入されてはい
るが、本実施の形態の場合は、スイッチング素子Q1と
クランプダイオードDDとが一次電流検出抵抗R2を介さ
ずに直接的に接続されているので、図6に示した回路に
おけるような電流検出抵抗による電力損失は生じない。
As described above, in the power supply circuit according to the present embodiment, the overcurrent protection and the overvoltage protection by the soft start circuit 2 are performed. For example, the overcurrent protection circuit shown in FIG. It is no longer necessary to have 10. For this reason, in the present embodiment, it is possible to reduce the power loss caused by the current detection resistor connected to the emitter of the switching element Q1. In the circuit of the present embodiment, the primary current detecting resistor R2 is inserted into the emitter of the switching element Q1, but in the present embodiment, the switching element Q1 and the clamp diode DD are connected to the primary. Since the connection is made directly without passing through the current detection resistor R2, no power loss occurs due to the current detection resistor as in the circuit shown in FIG.

【0060】また、本実施の形態の電源回路では、交流
入力電圧VACが上昇したときに対応したマージンと、過
電流制限回路10を構成する部品のばらつきによる定常
動作時の誤動作マージンを考慮して回路設計を行う必要
はないこととなる。このため、本実施の形態において
は、最大負荷電力時における電圧共振パルスV1の上昇
を抑制することができるので、スイッチング素子Q1に
ついては低耐圧品を選定することが可能になる。また、
電流容量についても小容量のものを選定することができ
る。低耐圧で小容量のスイッチング素子を選定できれ
ば、その形状をより小型なものとすることができる。例
えば図6に示す回路では、スイッチング素子Q1につい
て、1200V耐圧でTO−3Pの大型なパッケージと
なるが、図1に示す本実施の形態の回路では、700V
耐圧でTO−220の中型パッケージとすることができ
るものである。また、低耐圧品とされることで、スイッ
チング特性も向上されるので、スイッチング素子Q1に
おける電力損失も低減されることになる。
Further, in the power supply circuit according to the present embodiment, a margin corresponding to the rise of the AC input voltage VAC and a malfunction margin during a normal operation due to a variation in components constituting the overcurrent limiting circuit 10 are taken into consideration. There is no need to design a circuit. For this reason, in the present embodiment, it is possible to suppress the rise of the voltage resonance pulse V1 at the time of the maximum load power, so that it is possible to select a low withstand voltage product for the switching element Q1. Also,
A small current capacity can be selected. If a switching element having a low withstand voltage and a small capacity can be selected, its shape can be made smaller. For example, in the circuit shown in FIG. 6, the switching element Q1 is a large package of TO-3P with a withstand voltage of 1200 V. In the circuit of the present embodiment shown in FIG.
This makes it possible to form a medium-sized package of TO-220 with a withstand voltage. In addition, since the switching characteristics are improved by using a low breakdown voltage product, the power loss in the switching element Q1 is also reduced.

【0061】さらに、例えば図6に示す電源回路に備え
られる過電流制限回路10においては、電流検出抵抗R
Eは巻線抵抗であり、トランジスタQ10及びダイオード
D2は電流容量1Aとされていた。これに対して図1に
示したソフトスタート回路2の構成であれば、それぞれ
の回路系に備えられる半導体としては、より低耐圧で小
電流容量のものを選定することができ、この点でも、回
路の小型化及び低コスト化が図られることになる。
Further, for example, in the overcurrent limiting circuit 10 provided in the power supply circuit shown in FIG.
E is a winding resistance, and the transistor Q10 and the diode D2 have a current capacity of 1A. On the other hand, if the configuration of the soft start circuit 2 shown in FIG. 1 is used, a semiconductor having a lower withstand voltage and a smaller current capacity can be selected as a semiconductor provided in each circuit system. Circuit size and cost can be reduced.

【0062】また、本実施の形態のソフトスタート回路
2としては、図2及び図3を参照しての時定数コンデン
サC3についての説明からも分かるように、二次側直流
出力電圧、さらには一次側電圧共振パルスV1及びコレ
クタ電流IQ1についての起動時の立ち上がり時間に対応
して、時定数コンデンサC3のキャパシタンス(時定
数)を変更してソフトスタート回路2の動作時間を変更
設定するようにされる。このようにすれば、どのような
仕様の電源回路においても、適正な動作時間によってソ
フトスタート回路2を動作させることが可能とされてい
るものである。例えば図5及び図6に示した電源回路に
おいては、起動時における誤動作のマージンをとること
が困難なのであるが、本実施の形態のようにしてその動
作時間を可変設定可能なソフトスタート回路2を備えた
構成であれば、起動時における誤動作のマージンを大幅
に増加させることが可能になる。
As can be seen from the description of the time constant capacitor C3 with reference to FIGS. 2 and 3, the soft start circuit 2 of the present embodiment The operating time of the soft start circuit 2 is changed and set by changing the capacitance (time constant) of the time constant capacitor C3 in accordance with the rise time at the time of startup of the side voltage resonance pulse V1 and the collector current IQ1. . In this way, the soft start circuit 2 can be operated with an appropriate operation time in a power supply circuit of any specification. For example, in the power supply circuits shown in FIGS. 5 and 6, it is difficult to take a margin for a malfunction at the time of start-up, but as in the present embodiment, the soft start circuit 2 whose operation time can be variably set is provided. With such a configuration, it is possible to greatly increase the margin of malfunction at startup.

【0063】以上、実施の形態について説明してきた
が、本発明としては、上記各実施の形態として各図に示
した構成に限定されるものではない。例えば、上記各実
施の形態においてはスイッチング素子を1組備えるシン
グルエンド方式の場合が示されているが、スイッチング
素子を2組備える、いわゆるプッシュプル方式による、
自励式の電圧共振形コンバータとされても構わないもの
である。また、二次側についても、各図に示した以外の
回路構成による整流回路が備えられて構わないものであ
る。
Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the configurations shown in the drawings as the above embodiments. For example, in each of the above-described embodiments, the case of a single-end system including one set of switching elements is described. However, a so-called push-pull system including two sets of switching elements is used.
It may be a self-excited voltage resonance type converter. Also, the secondary side may be provided with a rectifier circuit having a circuit configuration other than that shown in each drawing.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、基本構成
として、自励式でスイッチング周波数制御方式によって
安定化を図る複合共振形コンバータとして直交型制御ト
ランスを省略した構成を採っている。そのうえで、例え
ば、電源起動時においては、絶縁コンバータトランスに
巻装される三次巻線の交番電圧を基に生成される一次側
直流電圧のレベル検出に基づいて動作するソフトスター
ト回路を設けるようにしている。これによって、本発明
では、例えばこれまでに用いられていたとされる過電流
検出回路等を設けなくとも、回路保護を行うことが可能
となる。このため、スイッチング素子としては低耐圧品
を選定することが可能となるために、小型で安価なもの
とすることができる。つまり、回路の小型化及び低コス
ト化が図られる。また、低耐圧品が選定されることでス
イッチング特性が向上され、電力変換効率も向上される
ことになる。また、上記した過電流検出回路において備
えられる過電流検出用の抵抗を挿入する必要はなくなる
ことから、この点でも電力損失の低減を図ることが可能
とされる。
As described above, the present invention employs, as a basic configuration, a configuration in which a quadrature control transformer is omitted as a composite resonant converter which is stabilized by a self-excited switching frequency control method. In addition, for example, at the time of starting the power supply, a soft start circuit that operates based on the detection of the level of the primary side DC voltage generated based on the alternating voltage of the tertiary winding wound on the insulating converter transformer is provided. I have. As a result, in the present invention, it is possible to protect the circuit without providing an overcurrent detection circuit or the like which has been used so far. For this reason, since a low withstand voltage product can be selected as the switching element, the switching element can be made small and inexpensive. That is, the circuit can be reduced in size and cost. In addition, by selecting a low breakdown voltage product, switching characteristics are improved, and power conversion efficiency is also improved. In addition, since it is not necessary to insert an overcurrent detection resistor provided in the above-described overcurrent detection circuit, it is possible to reduce power loss in this regard.

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

【図1】本発明の実施の形態としてのスイッチング電源
回路の構成例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a switching power supply circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】本実施の形態の電源回路における起動時の一次
側電圧共振パルス及びスイッチング素子のコレクタ電流
のレベル変化を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a change in level of a primary-side voltage resonance pulse and a collector current of a switching element at the time of startup in the power supply circuit of the present embodiment.

【図3】本実施の形態の電源回路における起動時の二次
側直流出力電圧のレベル変化を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a level change of a secondary-side DC output voltage at the time of startup in the power supply circuit of the present embodiment.

【図4】実施の形態の電源回路のドライブトランスの説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a drive transformer of the power supply circuit according to the embodiment;

【図5】先行技術としてのスイッチング電源回路の構成
例を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit as a prior art.

【図6】先行技術のスイッチング電源回路として、過電
流制限回路を備えた場合の構成例を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example when an overcurrent limiting circuit is provided as a switching power supply circuit of the prior art.

【図7】図6に示す回路における、定常状態時と最大負
荷電力時に対応した一次側並列共振パルス及びスイッチ
ング電流を示す波形図である。
FIG. 7 is a waveform diagram showing a primary-side parallel resonance pulse and a switching current corresponding to a steady state and a maximum load power in the circuit shown in FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制御回路、SW スイッチ、PC フォトカプラ、
Q1 スイッチング素子、Q2 MOS−FET PIT
絶縁コンバータトランス、CDT ドライブトラン
ス、N1 一次巻線、N2 二次巻線、N3 三次巻線、
DD クランプダイオード、Cr 一次側並列共振コン
デンサ、NB 駆動巻線、CB1、CB2 コンデンサ、LB
インダクタ、Q3,Q4 トランジスタ、R5,R6 分
圧抵抗
1 control circuit, SW switch, PC photo coupler,
Q1 switching element, Q2 MOS-FET PIT
Insulation converter transformer, CDT drive transformer, N1 primary winding, N2 secondary winding, N3 tertiary winding,
DD clamp diode, Cr primary side parallel resonance capacitor, NB drive winding, CB1, CB2 capacitor, LB
Inductor, Q3, Q4 transistor, R5, R6 voltage dividing resistor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直流入力電圧についてスイッチングを行
うスイッチング素子を備えたスイッチング手段と、 一次巻線に得られる上記スイッチング手段の出力を二次
巻線に伝送する絶縁コンバータトランスと、 上記絶縁コンバータトランスの一次巻線と一次側並列共
振コンデンサとにより形成され、上記スイッチング手段
の動作を電圧共振形とするように設けられる一次側並列
共振回路と、 上記絶縁コンバータトランスに巻装した二次巻線に対し
て二次側並列共振コンデンサを並列に接続することで形
成される二次側並列共振回路と、 上記二次側並列共振回路に得られる交番電圧を入力して
整流動作を行うことで直流出力電圧を得るように構成さ
れる直流出力電圧生成手段と、 上記絶縁コンバータトランスの一次巻線に直列に接続さ
れて上記スイッチング手段の出力を検出する一次巻線
と、該一次巻線により検出されたスイッチング電圧が伝
送される二次巻線とを有するドライブトランスと、 少なくともドライブトランスの二次巻線と直列に接続さ
れる直列共振コンデンサと直列共振インダクタとによる
直列共振回路とを備えて形成され、スイッチング素子に
対してスイッチング駆動信号を供給するスイッチング駆
動手段と、 上記直列共振コンデンサと上記直列共振インダクタとの
接続点に接続される分割コンデンサと導通制御用素子と
から成る直列回路と、 上記直流出力電圧生成手段により得られる直流出力電圧
のレベルに応じて上記導通制御用素子の導通量を可変し
て、上記分割コンデンサを流れる電流量を可変制御する
ことで、上記スイッチング素子のスイッチング周波数を
制御して、上記直流出力電圧についての定電圧制御を行
うようにされる定電圧制御手段と、 上記絶縁コンバータトランスPITの一次側に巻装され
る三次巻線を備え、この三次巻線に得られる交番電圧を
整流することで一次側直流電圧を得るようにされる一次
側直流電圧生成手段と、 起動時において得られる上記一次側直流電圧に基づき、
上記定電圧制御手段が上記直流出力電圧を低くする動作
傾向となるように上記導通制御用素子の導通量を可変制
御するソフトスタート手段と、 を備えていることを特徴とするスイッチング電源回路。
A switching means having a switching element for switching a DC input voltage; an insulating converter transformer for transmitting an output of the switching means obtained on a primary winding to a secondary winding; A primary-side parallel resonance circuit formed by a primary winding and a primary-side parallel resonance capacitor and provided so that the operation of the switching means is of a voltage resonance type; and a secondary winding wound around the insulating converter transformer. And a secondary parallel resonance circuit formed by connecting the secondary parallel resonance capacitor in parallel, and a DC output voltage by inputting an alternating voltage obtained in the secondary parallel resonance circuit and performing a rectification operation. DC output voltage generating means configured to obtain A drive transformer having a primary winding for detecting the output of the switching means and a secondary winding for transmitting a switching voltage detected by the primary winding; and a drive transformer connected in series with at least the secondary winding of the drive transformer. A switching drive means for supplying a switching drive signal to a switching element, the switching drive means being provided with a series resonance circuit including a series resonance capacitor and a series resonance inductor, and a connection point between the series resonance capacitor and the series resonance inductor. A series circuit comprising a divided capacitor and a conduction control element connected thereto; and a conduction amount of the conduction control element varied according to a level of the DC output voltage obtained by the DC output voltage generating means, thereby forming the divided capacitor. The switching frequency of the switching element is controlled by variably controlling the amount of current flowing through And a tertiary winding wound on the primary side of the insulating converter transformer PIT. Primary-side DC voltage generating means configured to obtain a primary-side DC voltage by rectifying an alternating voltage that is obtained, based on the primary-side DC voltage obtained at the time of startup,
A switching power supply circuit, comprising: soft start means for variably controlling the amount of conduction of the conduction control element so that the constant voltage control means tends to operate to reduce the DC output voltage.
【請求項2】 上記ソフトスタート手段は、上記起動時
における動作期間を設定する時定数回路を備えている、 ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回
路。
2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the soft start means includes a time constant circuit for setting an operation period at the time of starting.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7570497B2 (en) 2006-05-26 2009-08-04 Cambridge Semiconductor Discontinuous quasi-resonant forward converter
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