JP4535853B2 - Constant voltage power circuit - Google Patents
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Description
本発明は、所定電圧の直流電圧を出力する定電圧電源回路に関し、特に、小型化・多出力化が容易で、所望の電圧値を安定して得られる定電圧電源回路に関する。 The present invention relates to a constant voltage power supply circuit that outputs a DC voltage of a predetermined voltage, and more particularly to a constant voltage power supply circuit that can be easily reduced in size and increased in output and can stably obtain a desired voltage value.
過飽和リアクトルを用いた“マグアンプ制御方式”の定電圧電源回路においては、出力のパワーライン上に過飽和リアクトルを挿入して出力電圧を定電圧に制御することが一般的である。 In a “mag amplifier control type” constant voltage power supply circuit using a supersaturated reactor, it is common to insert a supersaturated reactor on the output power line to control the output voltage to a constant voltage.
過飽和リアクトルを用いた従来のマスタースレーブ方式の多出力電源回路の構成を図10に示す。
図示する回路構成においては、マスター出力側に電圧制御ループを構成するPWM制御用のIC39が存在するため、スレーブ側のコンバータは出力変動に関係なく、マスタ側で決定されるONデューティーでスイッチング動作を行う。
スレーブ側の出力電圧を安定化させるために、スレーブ側の出力ラインには過飽和リアクトル18が挿入されており、この働きにより定電圧制御がなされる。
FIG. 10 shows a configuration of a conventional master-slave multi-output power supply circuit using a supersaturated reactor.
In the circuit configuration shown in the figure, the
In order to stabilize the output voltage on the slave side, a
しかし、従来のマグアンプ制御方式では、過飽和リアクトルを出力ラインに挿入するため、出力電圧及び電流に応じて、過飽和リアクトルの形状、巻線径及び巻数を選択しなければならない。 However, in the conventional mag-amp control system, since the supersaturated reactor is inserted into the output line, the shape of the supersaturated reactor, the winding diameter, and the number of turns must be selected according to the output voltage and current.
一般的には、出力電圧が高いほど過飽和リアクトルを大型化し、出力電流が大きいほど巻線径を太くする必要がある。よって、高電圧・大電流が流れる出力ラインに挿入する過飽和リアクタンスには、巻線が太くかつ大きいものを適用せざるをえない。このことは、電源回路の小型化の妨げになるだけでなく、コストアップの要因ともなる。 In general, it is necessary to enlarge the supersaturated reactor as the output voltage increases, and to increase the winding diameter as the output current increases. Accordingly, a supersaturated reactance inserted into an output line through which a high voltage and a large current flow must be applied with a thick and large winding. This not only hinders miniaturization of the power supply circuit, but also increases the cost.
スイッチング電源回路の定電圧制御を過飽和リアクトルを用いて行う従来技術としては、特許文献1に開示される「共振型スイッチング電源装置」がある。
特許文献1に開示される発明は、トランジスタのオン時間を変化させて出力電圧の安定化を図るものである。
The invention disclosed in
特許文献1に開示される発明は、二つのトランジスタそれぞれ用の1次巻線及び2次巻線に加え制御巻線を共通の磁心(コア)に設けている。そして、制御巻線に流れる制御電流を変化させることで、1次巻線の自己帰還によって磁心が飽和に至るまでの時間を制御している。しかし、制御電流が変わると巻線のインダクタンスも変化するため、トランジスタのオン・オフ時間は所望の値とはズレてしまう。このため、所望の電圧が得られなかったり、得られるまでに時間を要してしまうこととなる。
In the invention disclosed in
また、二つのトランジスタそれぞれ用の1次巻線及び2次巻線に加え制御巻線を共通の磁心に設けるため、多出力化が困難である。 Further, since the control winding is provided in a common magnetic core in addition to the primary winding and the secondary winding for each of the two transistors, it is difficult to increase the number of outputs.
このように、従来は、小型化・多出力化が容易で、所望の電圧値を安定して得られる定電圧電源回路は提供されていなかった。 Thus, conventionally, there has not been provided a constant voltage power supply circuit that can be easily reduced in size and increased in output and can stably obtain a desired voltage value.
本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、小型化・多出力化が容易で、所望の電圧値を安定して得られる定電圧電源回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a constant voltage power supply circuit that can be easily reduced in size and increased in output and can stably obtain a desired voltage value.
上記目的を達成するため、本発明は、第1の態様として、直流電源から供給される直流電圧を電界効果トランジスタでスイッチングして1次交流電圧に変換し、該1次交流電圧をトランスによって2次交流電圧に変圧し、該2次交流電圧を整流して出力電圧を生成する定電圧電源回路であって、所定周期のクロックを生成するクロック生成器の出力端子と、電界効果トランジスタのゲート端子との間に配置された過飽和リアクトルと、電界効果トランジスタのオフ時に該電界効果トランジスタのゲート−ソース間の寄生容量がゲート端子に発生させるディスチャージ電流をソース端子にバイパスするためのバイパス回路と、出力電圧の電圧値を検出する電圧検知回路と、電圧検知回路からの出力に応じ、バイパス回路にディスチャージ電流のうちソース端子にバイパスする割合を変化させるフィードバック回路とを有することを特徴とする定電圧電源回路を提供するものである。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a DC voltage supplied from a DC power source is switched by a field effect transistor to be converted into a primary AC voltage, and the primary AC voltage is converted to 2 by a transformer. A constant voltage power supply circuit that transforms into a secondary AC voltage and rectifies the secondary AC voltage to generate an output voltage, the output terminal of a clock generator that generates a clock of a predetermined period, and the gate terminal of a field effect transistor A bypass circuit for bypassing a discharge current generated at the gate terminal by a parasitic capacitance between the gate and the source of the field effect transistor when the field effect transistor is turned off, and an output. A voltage detection circuit that detects the voltage value of the voltage, and a discharge current in the bypass circuit according to the output from the voltage detection circuit. There is provided a constant voltage power supply circuit and having a feedback circuit for changing the rate of bypassed to Chi source terminal.
上記本発明の第1の態様においては、出力電圧の脈動を抑制するための平滑回路を有することが好ましい。 In the first aspect of the present invention, it is preferable to have a smoothing circuit for suppressing pulsation of the output voltage.
本発明の第1の態様の上記のいずれの構成においても、ダイオード整流方式により2次交流電圧を整流することが好ましい。又は、FET同期整流方式により2次交流電圧を整流することが好ましく、これに加えて、トランスの1次側のコイルと並列に、電界効果トランジスタがオフの時にトランスに発生するフライバック電圧をクランプするクランプ回路を有することがより好ましく、さらに加えてフィードバック回路は、電圧検知回路からの出力に応じてクランプ回路を駆動することがより好ましい。 In any of the above configurations of the first aspect of the present invention, it is preferable to rectify the secondary AC voltage by a diode rectification method. Alternatively, it is preferable to rectify the secondary AC voltage using the FET synchronous rectification method. In addition, the flyback voltage generated in the transformer when the field effect transistor is off is clamped in parallel with the primary coil of the transformer. More preferably, the feedback circuit further preferably drives the clamp circuit in accordance with the output from the voltage detection circuit.
また、上記目的を達成するため、本発明は、第2の態様として、直流電源から供給される直流電圧をスイッチングして1次交流電圧に変換するマスターFET及びスレーブFETと、マスターFET出力するマスター1次交流電圧をマスター2次交流電圧に変圧するマスタートランスと、スレーブFETが出力するスレーブ1次交流電圧をスレーブ2次交流電圧に変圧するスレーブトランスと、マスター2次交流電圧を整流してマスター出力電圧を出力するマスター整流回路と、スレーブ2次交流電圧を整流してスレーブ出力電圧を出力するスレーブ整流回路と、マスターFETのゲート端子に所定周期のクロックを供給するクロック生成器と、クロック生成器の出力端子と、スレーブFETのゲート端子との間に配置された過飽和リアクトルと、スレーブFETのオフ時に該スレーブFETのゲート−ソース間の寄生容量がスレーブFETのゲート端子に発生させるディスチャージ電流を該スレーブFETのソース端子にバイパスするためのバイパス回路と、マスター出力電圧の電圧値を検出するマスター電圧検知回路と、マスター電圧検知回路からの出力に応じ、マスターFET及びスレーブFETのゲート端子に供給するクロックの周期を変化させるマスターフィードバック回路と、スレーブ出力電圧の電圧値を検出するスレーブ電圧検知回路と、スレーブ電圧検知回路からの出力に応じ、バイパス回路にディスチャージ電流のうちスレーブFETのソース端子にバイパスする割合を変化させるスレーブフィードバック回路とを有することを特徴とする定電圧電源回路を提供するものである。 In order to achieve the above object, as a second aspect of the present invention, a master FET and a slave FET that switch a DC voltage supplied from a DC power source into a primary AC voltage and a master FET that outputs the master FET are provided. A master transformer that transforms a primary AC voltage into a master secondary AC voltage, a slave transformer that transforms a slave primary AC voltage output from a slave FET into a slave secondary AC voltage, and a master that rectifies the master secondary AC voltage A master rectifier circuit that outputs an output voltage, a slave rectifier circuit that rectifies a slave secondary AC voltage and outputs a slave output voltage, a clock generator that supplies a clock of a predetermined period to the gate terminal of the master FET, and a clock generator Oversaturation reactor located between the output terminal of the detector and the gate terminal of the slave FET A bypass circuit for bypassing a discharge current generated at the gate terminal of the slave FET by a parasitic capacitance between the gate and source of the slave FET when the slave FET is turned off to the source terminal of the slave FET, and a voltage of the master output voltage Master voltage detection circuit that detects the value, master feedback circuit that changes the period of the clock supplied to the gate terminals of the master FET and slave FET according to the output from the master voltage detection circuit, and the voltage value of the slave output voltage A constant voltage power supply comprising: a slave voltage detection circuit configured to perform the operation; and a slave feedback circuit configured to change a ratio of the discharge current bypassed to the source terminal of the slave FET in the bypass circuit according to an output from the slave voltage detection circuit. Provide circuit Is shall.
上記本発明の第2の態様においては、スレーブFETと、過飽和リアクトルと、スレーブトランスと、バイパス回路と、スレーブ電圧検知回路と、スレーブフィードバック回路とを複数備えた多出力の電源回路であることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, the power supply circuit may be a multi-output power supply including a plurality of slave FETs, a supersaturated reactor, a slave transformer, a bypass circuit, a slave voltage detection circuit, and a slave feedback circuit. preferable.
本発明の第2の態様の上記のいずれの構成においても、マスター出力電圧の脈動を抑制するためのマスター平滑回路を有することが好ましい。また、スレーブ出力電圧の脈動を抑制するためのスレーブ平滑回路を有することが好ましい。 In any of the above configurations of the second aspect of the present invention, it is preferable to have a master smoothing circuit for suppressing pulsation of the master output voltage. Moreover, it is preferable to have a slave smoothing circuit for suppressing the pulsation of the slave output voltage.
本発明の第2の態様の上記のいずれの構成においても、ダイオード整流方式によりマスター2次交流電圧を整流することが好ましい。又は、FET同期整流方式によりマスター2次交流電圧を整流することが好ましく、これに加えて、マスタートランスの1次側のコイルと並列に、マスターFETがオフの時にマスタートランスに発生するフライバック電圧をクランプするマスタークランプ回路を有することがより好ましく、さらに加えて、マスターフィードバック回路は、マスター電圧検知回路からの出力に応じてマスタークランプ回路を駆動することがより好ましい。 In any of the above configurations of the second aspect of the present invention, it is preferable to rectify the master secondary AC voltage by a diode rectification method. Alternatively, it is preferable to rectify the master secondary AC voltage by the FET synchronous rectification method, and in addition to this, a flyback voltage generated in the master transformer in parallel with the primary side coil of the master transformer when the master FET is off. More preferably, the master feedback circuit further includes a master clamp circuit, and more preferably, the master feedback circuit drives the master clamp circuit in accordance with an output from the master voltage detection circuit.
また、本発明の第2の態様の上記のいずれの構成においても、ダイオード整流方式によりスレーブ2次交流電圧を整流することが好ましい。又は、FET同期整流方式によりスレーブ2次交流電圧を整流することが好ましく、これに加えて、スレーブトランスの1次側のコイルと並列に、スレーブFETがオフの時にスレーブトランスに発生するフライバック電圧をクランプするスレーブクランプ回路を有することがより好ましく、さらに加えて、マスターフィードバック回路は、マスター電圧検知回路からの出力に応じてスレーブクランプ回路を駆動することがより好ましい。 In any of the above configurations of the second aspect of the present invention, it is preferable to rectify the slave secondary AC voltage by a diode rectification method. Alternatively, it is preferable to rectify the slave secondary AC voltage by the FET synchronous rectification method, and in addition to this, the flyback voltage generated in the slave transformer when the slave FET is off in parallel with the primary coil of the slave transformer. More preferably, the master feedback circuit drives the slave clamp circuit according to the output from the master voltage detection circuit.
本発明によれば、小型化・多出力化が容易で、所望の電圧値を安定して得られる定電圧電源回路を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a constant voltage power supply circuit that can be easily reduced in size and increased in output and can stably obtain a desired voltage value.
〔発明の原理〕
本発明は、スイッチング電源の定電圧制御を行う方法として、スイッチング用の電界効果トランジスタのゲート端子に対し過飽和リアクトルを直列に挿入し、過飽和リアクトルへ流れる電界効果トランジスタのディスチャージ電流をコントロールすることで、電界効果トランジスタのターンオンのタイミングを制御し、出力電圧の安定化を図る。
[Principle of the Invention]
As a method of performing constant voltage control of the switching power supply, the present invention inserts a supersaturated reactor in series with respect to the gate terminal of the switching field effect transistor, and controls the discharge current of the field effect transistor flowing to the supersaturated reactor. The output effect is stabilized by controlling the turn-on timing of the field effect transistor.
図1に、本発明を適用した電源回路の機能構成を示す。電源回路は、入力源1、入力平滑コンデンサ2、クロック発生器3、過飽和リアクトル4、バイパス回路5、ゲート寄生コンデンサ6、電界効果トランジスタ7、トランス8、整流・平滑回路9、フィードバック回路10及び電圧検出回路11を有し、負荷12に対して電圧を印加する。
FIG. 1 shows a functional configuration of a power supply circuit to which the present invention is applied. The power supply circuit includes an
入力源1は、直流電圧を各部に供給する電源である。入力平滑コンデンサ2は、入力源1が各部に供給する直流電圧の脈動を除去(平滑化)する。クロック生成器3は、所定のタイミングでON・OFFが切り替わる矩形波(クロック)を生成する。過飽和リアクトル4は、電界効果トランジスタ7のターンオンのタイミングを遅延させる。バイパス回路5は、フィードバック回路10からの制御信号に応じて、ゲート寄生コンデンサ6のディスチャージ電流を必要量バイパスする回路である。ゲート寄生コンデンサ6は、電界効果トランジスタ7の内部に形成されるゲート寄生容量である。電界効果トランジスタ7は、スイッチング電源のメインスイッチ素子である。電界効果トランジスタ7は、過飽和リアクトル4の出力に応じてON・OFFを繰り返す。トランス8は、1次側から入力された電圧を所定の電圧に変圧して出力する。整流・平滑回路9は、トランス8の出力電圧(2次電圧)を直流化するともに脈動を除去する。フィードバック回路10は、2次側の出力電圧の変動に応じた制御信号をバイパス回路5へ出力する。電圧検出回路11は、2次側の出力電圧を検出する回路である。
なお、ここでは入力源1を直流電源としたが、当然の如く、交流電源(商用電源など)整流し、コンデンサによって平滑化した直流電圧を供給するものでも良い。
The
Here, the
上記電源回路では、電界効果トランジスタ7をOFFした際に生じるディスチャージ電流を過飽和リアクトル4のリセット電流を利用している。これにより、電界効果トランジスタ7のターンオンのタイミングをコントロールできる。より詳しく言えば、過飽和リアクトル4にリセット電流を多く流し込めば電界効果トランジスタ7がターンオンするまでの時間が長くなり、次のサイクルではONの時間が短くなる。ゆえに、ディスチャージ電流のうちリセット電流として用いる割合を出力電圧の変動に応じた値とすることにより、フィードバックループを形成できる。
In the power supply circuit, the discharge current generated when the
本発明の定電圧制御方法は、固定クロックによるスイッチング電源の間接的な制御方式である。よって、マスタースレーブ方式の多出力電源において、スレーブ側の出力電圧制御に用いることにより効果を発揮し、小型の電源回路を安価に構成でき、しかも安定性の高い出力電圧制御が可能となる。 The constant voltage control method of the present invention is an indirect control method of a switching power supply using a fixed clock. Therefore, in the master-slave multi-output power source, the effect is exhibited by using it for the slave side output voltage control, a small power supply circuit can be constructed at low cost, and the output voltage control with high stability is possible.
以下、上記原理に基づく本発明の好適な実施の形態について説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention based on the above principle will be described.
〔第1の実施形態〕
本発明を好適に実施した第1の実施形態について説明する。図2に、本実施形態にかかる多出力電源回路の構成を示す。この多出力電源回路は、入力源1、入力平滑用コンデンサ13,27、PWMコントロールIC39、トランス31,17、電界効果トランジスタ29,15、ゲート寄生コンデンサ30,16、ダイオード35,36、23,24コイル32,20、コンデンサ33,25、誤差増幅器34,22、フォトカプラ40,43、抵抗37,21,47,28、バイパス回路41、過飽和リアクトル42及び抵抗14を有する。
[First Embodiment]
A first embodiment in which the present invention is suitably implemented will be described. FIG. 2 shows the configuration of the multi-output power supply circuit according to this embodiment. This multi-output power supply circuit includes an
図1と同様の構成要素については、重複する説明は省略し、初出の構成要素についてのみ説明する。
入力平滑用コンデンサ13,27は、入力源1から供給される直流電圧の脈動を除去する。PWMコントロールIC39は、マスター側の出力をPWMによって制御するための集積回路である。トランス31は、マスター側の出力電圧が所定の電圧となるように変圧する。トランス17は、スレーブ側の出力電圧が所定の電圧となるように変圧する。電界効果トランジスタ29は、マスター側の出力コンバータのスイッチ素子である。電界効果トランジスタ15は、スレーブ側の出力コンバータのスイッチ素子である。ゲート寄生コンデンサ30は、電界効果トランジスタ29の内部に寄生しており、ゲートとソースとの間の容量である。ゲート寄生コンデンサ16は、電界効果トランジスタ15の内部に寄生しており、ゲートとソースとの間の容量である。ダイオード35,36は、マスター側の出力コンバータの整流回路用のダイオードである。ダイオード23,24は、スレーブ側の出力コンバータの整流回路用のダイオードである。コイル32は、マスター側の出力コンバータのチョークコイルである。コイル20は、スレーブ側の出力コンバータのチョークコイルである。コンデンサ33は、マスター側の出力コンバータの出力平滑用コンデンサである。コンデンサ33は、マスター側の出力コンバータの出力平滑用コンデンサである。誤差増幅器34は、マスター側の出力の電圧変化を検出し、出力を安定させるための制御信号をフォトカプラ43(43a,43b)を介してバイパス回路41へ出力する。バイパス回路41は、トランジスタ48、抵抗44,45,47、ダイオード46及びフォトカプラ受光側43bからなる回路である。バイパス回路41は、フォトカプラ発光側43aから得た制御信号に応じて、コンデンサ16のディスチャージ電流を必要量バイパスする。過飽和リアクトル42は、電界効果トランジスタ15のターンオンのタイミングを遅延させる素子である。抵抗37はフォトカプラ40に流れる電流を制限する。抵抗21は、フォトカプラ発光側43aに流れる電流を制限する。
For the same components as in FIG. 1, the overlapping description is omitted, and only the first-described components are described.
The
上記の多出力電源回路は、フォワードコンバータ回路方式による多出力電源回路であるが、この回路における2次電圧の出力原理については公知であり、また本発明の特徴とするところでもないので、詳細な説明は省略する。 The above multi-output power supply circuit is a multi-output power supply circuit based on a forward converter circuit system, but the output principle of the secondary voltage in this circuit is well known and is not a feature of the present invention. Description is omitted.
上記多出力電源回路における出力電圧の安定化の動作について説明する。
マスター側では、PWMコントロールIC39及び誤差増幅器34とフォトカプラ40とによってフィードバック回路を形成してPWM制御を行い、出力電圧を安定化させる。一方、スレーブ側では、PWMコントロールIC39によって、マスター側で決定されるONデューティのクロック波形を得て、過飽和リアクトル42による遅延時間を利用し電界効果トランジスタ15のON時間を制御する。
The operation of stabilizing the output voltage in the multi-output power supply circuit will be described.
On the master side, the
過飽和リアクトル42の動作について説明する。過飽和リアクトル42は、そのコアの飽和領域と不飽和領域とを利用して磁気的なスイッチを構成する。この特性を利用することで、電界効果トランジスタ15のゲートに印加されるONパルス時間を変化させる。
The operation of the supersaturated reactor 42 will be described. The supersaturated reactor 42 forms a magnetic switch by using the saturated region and the unsaturated region of the core. By using this characteristic, the ON pulse time applied to the gate of the
過飽和リアクトル42にパルス電圧を印加した場合の磁化曲線を図3に示す。これを用いて過飽和リアクトル42の磁化状態の変換の過程を説明する。
PWMコントロールIC39からONパルスが印加されると、過飽和リアクトル42にはチャージ電流が流れ、図3中に“I”で示すように磁化状態が変化する。この時、過飽和リアクトル42の磁化状態は、不飽和状態であるため、インダクタンスが非常に高く、印加された電圧を過飽和リアクトル42の両端で背負う。換言すると、印加された電圧は、過飽和リアクトル42においてほぼGNDレベルまで降下してしまい、電界効果トランジスタ15のゲート端子には、電圧がほとんど印加されない。つまり、過飽和リアクトル42は、OFF状態となっており、ONパルスが電界効果トランジスタ15へ伝わるのを阻止している状態にある。
A magnetization curve when a pulse voltage is applied to the supersaturated reactor 42 is shown in FIG. The process of changing the magnetization state of the supersaturated reactor 42 will be described using this.
When an ON pulse is applied from the
過飽和リアクトル42にさらにチャージ電流が供給されると、過飽和リアクトル42の磁化状態は飽和状態となり、図3に“II”で示すように、磁束密度は一定の値となる(すなわち飽和状態となる)。過飽和リアクトル42は、飽和状態へ移行するとインダクタンスが小さくなるため、電界効果トランジスタ15のゲート端子には電圧が印加される。換言すると、過飽和リアクトル42はON状態となる。
When a charge current is further supplied to the supersaturated reactor 42, the magnetization state of the supersaturated reactor 42 becomes a saturated state, and the magnetic flux density becomes a constant value (that is, a saturated state) as shown by “II” in FIG. . Since the inductance of the supersaturated reactor 42 becomes small when the saturation reactor 42 shifts to a saturated state, a voltage is applied to the gate terminal of the
PWMコントロールIC39からのパルスがONからOFFへと切り替わると、ゲート寄生コンデンサ16の容量を放電するディスチャージ電流が過飽和リアクトル42に流れ、過飽和リアクトル42のコアの磁化状態は、図3に“III”で示すように変化してリセットされる。
When the pulse from the
“I”、“II”及び“III”の変化は、クロック生成器3が出力する動作クロックを周期として繰り返される。
これらを繰り返す際に、ディスチャージ電流のどれだけの割合を過飽和リアクトル42にリセット電流として流すかを、出力電圧の変化に応じてバイパス回路41で調整することによって、次回のONパルスの阻止時間を変化させる。
Changes in “I”, “II”, and “III” are repeated with the operation clock output from the
When repeating these, the bypass circuit 41 adjusts the proportion of the discharge current as a reset current to the supersaturated reactor 42 according to the change in the output voltage, thereby changing the next ON pulse blocking time. Let
ONパルスと阻止時間との関係を図4に示す。t0は、ONパルスの立ち上がり開始点である。過飽和リアクトル42のコアには、必ず残留磁束密度Brがあり、デッドアングル(制御不能領域)が存在する。従って、リセット電流がゼロ、すなわち電界効果トランジスタ15のディスチャージ電流が全てバイパス回路41に流れた場合であっても、必ず阻止時間t0〜t1が発生する。t3は、バイパス回路41をOFFし、電界効果トランジスタ15のゲートのディスチャージ電流を全て過飽和リアクトルのリセット電流とした場合の最大の阻止時間である。t2は、誤差増幅器22、フォトカプラ43a,43bおよびバイパス回路41で構成されるフィードバック回路により、出力電圧変動に応じて変化する。つまり、電界効果トランジスタ15のターンオンのタイミングt2をt1〜t3の間で変化させることでPWM制御が可能となる。
FIG. 4 shows the relationship between the ON pulse and the blocking time. t0 is the rising start point of the ON pulse. The core of the supersaturated reactor 42 always has a residual magnetic flux density Br and has a dead angle (an uncontrollable region). Therefore, even when the reset current is zero, that is, when all the discharge currents of the
本実施形態に係る多出力電源回路は、過飽和リアクトルを電界効果トランジスタのゲートに挿入しているため、従来の構成と比較して回路規模を小さくできる。
また、出力の電圧、電流の変動に左右されることなく、過飽和リアクトルの線径を選定することが可能であるため、電源回路を規格化できる。
また、スレーブ出力の回路構成を容易に追加可能であるため、多出力化が容易である。
さらに、これらにより電源回路を低価格化が容易である。
The multi-output power supply circuit according to the present embodiment has a supersaturated reactor inserted in the gate of the field effect transistor, so that the circuit scale can be reduced as compared with the conventional configuration.
In addition, the wire diameter of the supersaturated reactor can be selected without being influenced by fluctuations in the output voltage and current, so that the power supply circuit can be standardized.
In addition, since a slave output circuit configuration can be easily added, it is easy to increase the number of outputs.
In addition, the power supply circuit can be easily reduced in price.
さらに、本実施形態に係る多出力電源回路は、スレーブ出力のクロスレギュレーションが改善されるため、出力電圧が高い安定性を示す。 Furthermore, since the multi-output power supply circuit according to the present embodiment improves the cross regulation of the slave output, the output voltage exhibits high stability.
〔第2の実施形態〕
本発明を好適に実施した第2の実施形態について説明する。図5に、本実施形態に係る多出力電源回路の構成を示す。
この多出力電源回路は、第1の実施形態に係る多出力電源回路とほぼ同様の構成であるが、2次側の整流方式が異なっている。本実施形態においては、2次側の整流回路にFETを用いたFET同期整流方式で回路を構成している。
[Second Embodiment]
A second embodiment in which the present invention is suitably implemented will be described. FIG. 5 shows the configuration of the multi-output power supply circuit according to this embodiment.
This multi-output power supply circuit has substantially the same configuration as the multi-output power supply circuit according to the first embodiment, but the secondary side rectification method is different. In the present embodiment, the circuit is configured by an FET synchronous rectification method using an FET as a secondary side rectifier circuit.
本実施形態に係る多出力電源回路は、2次側の整流回路がFET49、50、53及び54による同期整流回路として構成されているため、ダイオード整流方式を用いた第1の実施形態にかかる多出力電源回路と比較して、変換効率が大幅に向上する。
Since the secondary output rectifier circuit is configured as a synchronous rectifier
FET同期整流方式は、チョークコイルの臨界点以下の負荷電流においても間欠状態にならないため、ダイオード整流と比較して軽負荷における出力電圧の跳ね上がりが小さく、良好な負荷変動特性を得られる。 Since the FET synchronous rectification method does not become intermittent even at a load current below the critical point of the choke coil, the output voltage jumps at a light load is small as compared with diode rectification, and good load fluctuation characteristics can be obtained.
ただし、スレーブ側の出力を安定化する制御を何ら行わないと、図6に示すように、当然の如く出力電圧は負荷電流に応じて変動する。 However, if no control for stabilizing the output on the slave side is performed, the output voltage naturally fluctuates according to the load current as shown in FIG.
このため、第1の実施形態と同様の手法でPWM制御を行うことにより、出力電圧の変動が小さく、安定性の高い出力制御を行えるようになる。 For this reason, by performing the PWM control in the same manner as in the first embodiment, it is possible to perform output control with low fluctuation in output voltage and high stability.
また、マスター側の出力がダイオード整流方式であると、チョークコイルの臨界点以下の負荷電流以下では、出力電圧の跳ね上がりを抑えようとON幅の急激な絞り込みが生じ、間欠発振状態となる。このため、ダイオード整流方式では、疑似負荷(ダミーの抵抗など)を挿入して臨界点以上の負荷電流を流し、間欠発振状態とならない程度のON幅を確保する必要がある。
これに対し、FET同期整流方式の場合は、ON幅の急激な絞り込みは発生せず、間欠発振とならない程度のON幅を容易に確保できる。したがって、軽負荷でもスレーブ側の出力を得るのに必要なON幅を容易に確保できる。
Further, when the output on the master side is a diode rectification method, when the load current is less than or equal to the critical point of the choke coil, a sudden narrowing of the ON width occurs to suppress the jump of the output voltage, resulting in an intermittent oscillation state. For this reason, in the diode rectification method, it is necessary to insert a pseudo load (dummy resistor or the like) to flow a load current above the critical point and secure an ON width that does not cause an intermittent oscillation state.
On the other hand, in the case of the FET synchronous rectification method, the ON width is not narrowed down rapidly, and an ON width that does not cause intermittent oscillation can be easily secured. Therefore, it is possible to easily secure the ON width necessary to obtain the slave side output even with a light load.
このことは、FET同期整流方式の多出力電源回路において電界効果トランジスタ15のターンオンのタイミングt2が変化する範囲を小さくできること、換言すると、t3の値を小さくできることを意味する。したがって、制御範囲であるt1〜t3を狭めることが可能となり、過飽和リアクトル42をさらに小型化できる。
This means that the range in which the turn-on timing t2 of the
〔第3の実施形態〕
本発明を好適に実施した第3の実施形態について説明する。図7に、本実施形態にかかる多出力電源回路の構成を示す。
この多出力電源回路は、第2の実施形態に係る多出力電源回路にアクティブクランプ回路57及び60を追加した構成である。
[Third Embodiment]
A third embodiment in which the present invention is preferably implemented will be described. FIG. 7 shows the configuration of the multi-output power supply circuit according to this embodiment.
This multi-output power supply circuit has a configuration in which
アクティブクランプ回路を用いることにより、トランスの利用効率が良くなり、変換効率がさらに向上する。 By using the active clamp circuit, the utilization efficiency of the transformer is improved and the conversion efficiency is further improved.
また、第2の実施形態に係る多出力電源回路では、メインスイッチング素子である電界効果トランジスタ15,29がOFFの時に発生するフライバック電圧は、トランス17,31の入力巻線と電界効果トランジスタ15,29のドレイン−ソース間に寄生する容量とによって共振波形となる。よって、転流側FET50,54のゲートには、図8に示す波形の信号が印加され、ゲート電圧を十分に得られない期間が生じる。この期間では、負荷電流が転流側FET50,54のボディーダイオードを流れ、損失が発生する。
Further, in the multi-output power supply circuit according to the second embodiment, the flyback voltage generated when the
本実施形態に係る多出力電源回路は、アクティブクランプ回路を用いているため、フライバック電圧はクランプされて略矩形波状となり、転流側FET50,54のゲートには、図9に示すような波形の信号が印加される。これにより、転流側FET50,54は、ほぼ全ての時間でON状態となり、ボディーダイオードによる損失を低減できる。
Since the multi-output power supply circuit according to the present embodiment uses an active clamp circuit, the flyback voltage is clamped to have a substantially rectangular waveform, and the gates of the
アクティブクランプ用PWMコントロールIC63と、上記第2の実施形態に係る多出力電源回路が備えるPWMコントロールIC39との違いは、アクティブクランプ回路の電界効果トランジスタをON/OFFするためのパルスを出力するための端子OUT2が追加されていることであり、その他については同様である。
The difference between the active clamp PWM control IC 63 and the
OUT1及びOUT2は、メインスイッチ素子の電界効果トランジスタ15,29及びアクティブクランプ用の電界効果トランジスタ58の制御信号の出力端子であり、これらを交互にON/OFFさせるよう波形のパルス波形を出力する。なお、スイッチング用の電界効果トランジスタとアクティブクランプ用の電界効果トランジスタとが同時にONすることを避けるために、OUT1及びOUT2のそれぞれから出力されるパルスにはデッドタイムが設けられている。
マスター出力側のアクティブクランプ回路60は、電界効果トランジスタ61及びコンデンサ62で構成され、アクティブクランプ用PWMコントロールIC63のOUT2から出力されるパルスでON/OFFして、トランス31の入力巻線に生じるフライバック電圧をクランプする。スレーブ出力側のアクティブクランプ回路57は、電界効果トランジスタ58及びコンデンサ59で構成され、アクティブクランプ用PWMコントロールIC63のOUT2から出力されるパルスでON/OFFして、トランス17の入力巻線に生じるフライバック電圧をクランプする。
OUT1 and OUT2 are output terminals for control signals of the
The active clamp circuit 60 on the master output side is composed of a field effect transistor 61 and a capacitor 62. The active clamp circuit 60 is turned ON / OFF by a pulse output from OUT2 of the active clamp PWM control IC 63, and is generated in the input winding of the
アクティブクランプ回路とFET同期整流方式との組み合わせによる効果や、回路の動作については公知であるため、詳細な説明は省略する。 Since the effect of the combination of the active clamp circuit and the FET synchronous rectification method and the operation of the circuit are known, detailed description thereof is omitted.
なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはない。
例えば、上記各実施形態においては、スレーブ側の出力が一つである構成を例としたが、スレーブ側の回路を複数段設けることも可能であることは言うまでもない。
また、図示した回路構成に限定されることはなく、電界効果トランジスタを用いた電源回路であれば、上記同様の制御方式を適用可能である。
このように、本発明は様々な変形が可能である。
Each of the above embodiments is an example of a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this.
For example, in each of the above-described embodiments, the configuration in which there is one output on the slave side is taken as an example, but it goes without saying that a plurality of circuits on the slave side can be provided.
Further, the present invention is not limited to the illustrated circuit configuration, and a control method similar to the above can be applied to any power supply circuit using a field effect transistor.
As described above, the present invention can be variously modified.
1 入力源
2、13、27 入力平滑コンデンサ
3 クロック発生器
4、18、42 過飽和リアクトル
5 バイパス回路
6、16、30 ゲート寄生コンデンサ
7、15、29、49、58、61 電界効果トランジスタ
8、17、31 トランス
9 整流・平滑回路
10 フィードバック回路
11 電圧検知回路
12、26、38 負荷
14、21、28、37、44、45、47、51、52、55、56 抵抗
19、46 ダイオード
20、32 コイル
22、34 誤差増幅器
23、35 ダイオード(整流側)
24、36 ダイオード(転流側)
25、33 出力平滑コンデンサ
39 PWMコントロールIC
40、43 フォトカプラ
43a フォトカプラ発光側
43b フォトカプラ受光側
49、53 FET(整流側)
50、54 FET(転流側)
57、60 アクティブクランプ回路
59、62 コンデンサ
63 アクティブクランプ用PWMコントロールIC
DESCRIPTION OF
24, 36 Diode (commutation side)
25, 33
40, 43 Photocoupler 43a Photocoupler light emission side 43b Photocoupler
50, 54 FET (commutation side)
57, 60
Claims (18)
所定周期のクロックを生成するクロック生成器の出力端子と、前記電界効果トランジスタのゲート端子との間に配置された過飽和リアクトルと、
前記電界効果トランジスタのオフ時に該電界効果トランジスタのゲート−ソース間の寄生容量が前記ゲート端子に発生させるディスチャージ電流をソース端子にバイパスするためのバイパス回路と、
前記出力電圧の電圧値を検出する電圧検知回路と、
前記電圧検知回路からの出力に応じ、前記バイパス回路に前記ディスチャージ電流のうち前記ソース端子にバイパスする割合を変化させるフィードバック回路とを有することを特徴とする定電圧電源回路。 A DC voltage supplied from a DC power source is switched by a field effect transistor to convert it to a primary AC voltage, the primary AC voltage is transformed into a secondary AC voltage by a transformer, and the secondary AC voltage is rectified and output. A constant voltage power supply circuit for generating a voltage,
A supersaturated reactor disposed between an output terminal of a clock generator for generating a clock of a predetermined period and a gate terminal of the field effect transistor;
A bypass circuit for bypassing a discharge current generated at the gate terminal by a parasitic capacitance between the gate and the source of the field effect transistor to the source terminal when the field effect transistor is off;
A voltage detection circuit for detecting a voltage value of the output voltage;
A constant voltage power supply circuit, comprising: a feedback circuit that changes a ratio of bypassing the discharge current to the source terminal in the bypass circuit according to an output from the voltage detection circuit.
前記マスターFET出力するマスター1次交流電圧をマスター2次交流電圧に変圧するマスタートランスと、
前記スレーブFETが出力するスレーブ1次交流電圧をスレーブ2次交流電圧に変圧するスレーブトランスと、
前記マスター2次交流電圧を整流してマスター出力電圧を出力するマスター整流回路と、
前記スレーブ2次交流電圧を整流してスレーブ出力電圧を出力するスレーブ整流回路と、
前記マスターFETのゲート端子に所定周期のクロックを供給するクロック生成器と、
前記クロック生成器の出力端子と、前記スレーブFETのゲート端子との間に配置された過飽和リアクトルと、
前記スレーブFETのオフ時に該スレーブFETのゲート−ソース間の寄生容量が前記スレーブFETのゲート端子に発生させるディスチャージ電流を該スレーブFETのソース端子にバイパスするためのバイパス回路と、
前記マスター出力電圧の電圧値を検出するマスター電圧検知回路と、
前記マスター電圧検知回路からの出力に応じ、前記マスターFET及び前記スレーブFETのゲート端子に供給するクロックの周期を変化させるマスターフィードバック回路と、
前記スレーブ出力電圧の電圧値を検出するスレーブ電圧検知回路と、
前記スレーブ電圧検知回路からの出力に応じ、前記バイパス回路に前記ディスチャージ電流のうち前記スレーブFETのソース端子にバイパスする割合を変化させるスレーブフィードバック回路とを有することを特徴とする定電圧電源回路。 A master FET and a slave FET that switch a DC voltage supplied from a DC power source into a primary AC voltage;
A master transformer for transforming the master primary AC voltage output from the master FET into a master secondary AC voltage;
A slave transformer for transforming a slave primary AC voltage output from the slave FET into a slave secondary AC voltage;
A master rectifier circuit that rectifies the master secondary AC voltage and outputs a master output voltage;
A slave rectifier circuit that rectifies the slave secondary AC voltage and outputs a slave output voltage;
A clock generator for supplying a clock of a predetermined period to the gate terminal of the master FET;
A supersaturated reactor disposed between the output terminal of the clock generator and the gate terminal of the slave FET;
A bypass circuit for bypassing a discharge current generated at the gate terminal of the slave FET to the source terminal of the slave FET by a parasitic capacitance between the gate and the source of the slave FET when the slave FET is off;
A master voltage detection circuit for detecting a voltage value of the master output voltage;
A master feedback circuit that changes a cycle of a clock supplied to the gate terminals of the master FET and the slave FET according to an output from the master voltage detection circuit,
A slave voltage detection circuit for detecting a voltage value of the slave output voltage;
A constant voltage power supply circuit comprising: a slave feedback circuit that changes a ratio of bypassing the discharge current to the source terminal of the slave FET in the bypass circuit in accordance with an output from the slave voltage detection circuit.
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