JP5042881B2 - Switching power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力電源側と絶縁された直流安定化電圧・電流を出力するスイッチング電源装置に関し、特にスイッチング素子の損失低減、および小型・低コスト化を図るものに関する。 The present invention relates to a switching power supply device that outputs a DC stabilized voltage / current that is insulated from an input power supply side, and more particularly, to a device that achieves a reduction in switching element loss and a reduction in size and cost.
従来、上述のような小型高効率のスイッチング電源として、複合共振型の直列コンバータ回路が知られ、特許文献1など多くの公知技術が示されている。図10にその従来技術による主回路構成を、図11に主な部位の波形を示す。
Conventionally, a composite resonance type series converter circuit is known as a small-sized and high-efficiency switching power supply as described above, and many known techniques such as
このスイッチング電源装置では、直流入力電源Eの両端子間に、スイッチング素子Q1とQ2(以下、パワーMOSFETで記述)との直列回路が接続されるとともに、コンデンサC0が接続される。そして、前記パワーMOSFETQ1,Q2の接続点と前記直流入力電源Eの一端との間に、インダクタLと出力トランスTの1次巻線L11とコンデンサC1との直列共振回路を形成し、前記パワーMOSFETQ1またはQ2の何れかと並列にコンデンサC2が接続される(図10では、直流入力電源Eの一端は低圧側に、コンデンサC2はパワーMOSFETQ2に並列に接続した例を示している)。また、パワーMOSFETQ1,Q2には、それぞれ逆並列にダイオードD1,D2が接続される(パワーMOSFETQ1,Q2のボデイダイオードで兼用される場合が多い)。 In this switching power supply device, a series circuit of switching elements Q1 and Q2 (hereinafter referred to as power MOSFET) is connected between both terminals of the DC input power supply E, and a capacitor C0 is connected. A series resonant circuit of an inductor L, a primary winding L11 of the output transformer T, and a capacitor C1 is formed between the connection point of the power MOSFETs Q1 and Q2 and one end of the DC input power supply E, and the power MOSFET Q1 Alternatively, a capacitor C2 is connected in parallel with either Q2 (in FIG. 10, one end of the DC input power supply E is connected to the low voltage side, and the capacitor C2 is connected in parallel to the power MOSFET Q2). Also, diodes D1 and D2 are connected in antiparallel to power MOSFETs Q1 and Q2, respectively (in many cases, they are also used as body diodes for power MOSFETs Q1 and Q2).
さらに前記出力トランスTの出力巻線に中間タップを設けて2分割(L21,L22)し、それらの出力を整流するダイオードD3,D4で全波整流回路を形成し、前記中間タップとの間に平滑コンデンサC3および直流負荷Loadが接続される。前記のパワーMOSFETQ1,Q2は、ブロックで示した制御部1によって、複合共振条件を加味して予め設定された周波数で交互にON/OFFされる。したがって、制御部1には、高周波発振機能、2つのパワーMOSFETQ1,Q2を交互に駆動する機能、および2つのパワーMOSFETQ1,Q2を共にOFFするデットタイム期間を設定する機能、必要に応じて入出力電圧や電流、電力を制御する為のフィードフォワードやフィードバック制御機能ならびに出力可変機能などが備えられる。
Further, an intermediate tap is provided in the output winding of the output transformer T and divided into two (L21, L22), and a full-wave rectifier circuit is formed by diodes D3 and D4 that rectify their outputs, and between the intermediate taps. A smoothing capacitor C3 and a DC load Load are connected. The power MOSFETs Q1 and Q2 are alternately turned ON / OFF at a preset frequency in consideration of the complex resonance condition by the
図11を参照して、Vg1,Vg2は制御部1によって予め設定されたパワーMOSFETQ1,Q2の駆動信号を示す。交互にON/OFFさせるとともに、両方共にOFFするデットタイム期間が設定されている。VQ1,IQ1およびVQ2,IQ2は、パワーMOSFETQ1,Q2のドレイン−ソース間電圧およびドレイン電流を示す。駆動信号Vg1がHighの時、パワーMOSFETQ1にはドレイン電流IQ1が流れ、Lowの時は略直流入力電源Eに等しい電圧VQ1が印加される(パワーMOSFETQ2の場合も同様)。なお、デットタイム期間においては、コンデンサC2とインダクタLおよび出力トランスTの励磁インダクタンスとによる効果から、ドレイン−ソース間電圧VQ1,VQ2は任意の傾斜を持った立上がり、立下り波形となる。また、ドレイン電流IQ1,IQ2は、略インダクタLとコンデンサC1とで設定される直列共振電流波形となり、これらの合成電流がインダクタLと出力トランスTの1次巻線L11とコンデンサC1との直列共振回路の電流となる。VC1はコンデンサC1の電圧波形を表しており、前記の直列共振回路の電流より位相の遅れた波形となる。ID3,ID4は出力整流のダイオードD3,D4の電流波形を示すもので、前記のパワーMOSFETQ1,Q2の駆動周波数と、インダクタLおよびコンデンサC1の直列共振周波数との関係を、「共振周波数>駆動周波数」の条件を満足させることによって、ダイオードD3,D4の一方の電流が流れ終わった後に他方の電流が流れ始めるように設定が可能で、両方のダイオード電流が流れない期間は出力側へ電力が伝達されない。すなわち、前記ダイオードD3,D4の電流が流れない期間では、出力トランスTの2次側は無負荷と考えられ、1次側の直列共振回路にトランスTの1次側励磁インダクタンスLが直列に挿入されて直列共振条件が切り替わる結果、ドレイン電流IQ1およびIQ2の波形にも変曲点が見られる。
Referring to FIG. 11, Vg1 and Vg2 indicate drive signals for power MOSFETs Q1 and Q2 set in advance by
このような複合共振型直列コンバータでは、ZVS(ゼロ電圧スイッチング)、すなわちスイッチング素子Q1,Q2の印加電圧が低下した後に電流が流れ始めるような条件設定が可能とされ、スイッチング損失が極めて少ないこと、および2次側整流ダイオードD3,D4のリカバリ損失を回避できることから、高効率で高周波化が可能となる。また、スイッチング時の電圧・電流波形が安定しているとともに、2次側整流ダイオードD3,D4のリンギングも抑制できることから、雑音面でも優れている。 In such a complex resonance type series converter, ZVS (zero voltage switching), that is, a condition setting such that a current starts to flow after the applied voltage of the switching elements Q1 and Q2 is reduced is possible, and switching loss is extremely small. Since the recovery loss of the secondary side rectifier diodes D3 and D4 can be avoided, high frequency can be achieved with high efficiency. Further, since the voltage / current waveform at the time of switching is stable and the ringing of the secondary side rectifier diodes D3 and D4 can be suppressed, the noise is also excellent.
上述の従来技術は、このような数々の特徴を有しながらも、周波数を予め発振器で設定し、2つのスイッチング素子Q1,Q2を駆動する所謂他励式のスイッチング電源装置であり、その場合、高電位側のスイッチング素子Q1,Q2へのレベルシフタが必要で、その周波数追従性や損失の観点から、高周波化に対する技術課題を有し、またコスト面での課題などから、たとえば特許文献2〜4で示すような自励式の検討もなされている。
The above-described prior art is a so-called separately-excited switching power supply that drives the two switching elements Q1 and Q2 by setting the frequency in advance with an oscillator while having such various features. A level shifter is required for the potential side switching elements Q1 and Q2. From the viewpoint of frequency followability and loss, there is a technical problem with high frequency, and from a cost viewpoint, for example,
図12は、電流帰還型の自励式複合共振直列コンバータの公知例を示す電気回路図であり、前記特許文献2に示されたものである。主回路構成は概ね図10と同様であるが、入力電源は商用電源を全波整流にて用いるとともに、出力トランスT02の2次側は整流ブリッジDBによる全波整流回路としている。スイッチング素子TR1,TR2はバイポーラトランジスタで構成し、その駆動は電流帰還トランスT01の2次巻線LB1およびLB2を利用し、逆バイアス手段によるデットタイムの確保や駆動条件の改善がなされている。
FIG. 12 is an electric circuit diagram showing a known example of a current feedback type self-excited composite resonance series converter, which is shown in
一方、図13は、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの公知例を示す電気回路図であり、前記特許文献3に示されたものである。スイッチング素子であるバイポーラトランジスタTR1,TR2への帰還信号を出力トランスPITに帰還巻線NB2を設けて得るものとし、負荷変動対策や出力安定化の為のフィードバック制御を付加している。
On the other hand, FIG. 13 is an electric circuit diagram showing a known example of a voltage feedback type self-excited composite resonance series converter, which is shown in
これら図12および図13で示す自励式複合共振直列コンバータの従来例は、駆動回路の簡易化の可能性を示唆するものであるが、図10を基に説明した他励式複合共振直列コンバータの数々の特徴を同様に実現するのは、下記の点から難しいと考えられる。先ず、駆動周波数を決定するのは帰還回路の時定数や遅延要素であり、負荷変動など外部要因の変動に対して、前記ZVSなど最適なスイッチング条件の維持が難しいと思われる。次に、スイッチング素子としてバイポーラトランジスタが想定され、高周波化には適しないと思われる。 These conventional examples of the self-excited composite resonant series converter shown in FIGS. 12 and 13 suggest the possibility of simplifying the drive circuit. However, the number of separately excited composite resonant series converters described with reference to FIG. It is thought that it is difficult to realize the same feature from the following points. First, it is the time constant and delay element of the feedback circuit that determines the driving frequency, and it seems difficult to maintain the optimum switching conditions such as ZVS against fluctuations in external factors such as load fluctuations. Next, a bipolar transistor is assumed as a switching element, which is not suitable for high frequency operation.
そこで、図14はパワーMOSFETを用いた電圧帰還型の自励他励式複合共振直列コンバータの公知例を示すブロック図であり、前記特許文献4に示されたものである。この従来技術では、スイッチング素子としてパワーMOSFETQ1,Q2を使用し、出力トランスT’の補助巻線L12から主制御回路4および副制御回路5の電源を確保するとともに、この巻線電圧を信号源として、負荷Loadへの供給電圧が一定になるように主制御回路4は低圧側のパワーMOSFETQ2のON/OFFを制御し、副制御回路5は高圧側のパワーMOSFETQ1の端子間電圧が基準電圧より低下したときにONさせ、該高圧側パワーMOSFETQ1のZVSを維持するものである。
上述の従来技術では、副制御回路5には、図15に示すような具体例が示され、前記パワーMOSFETQ1のドレイン−ソース間電圧を抵抗r1とr2とで分圧し、コンパレータ7にて基準電圧8と比較して、積分回路のコンデンサc1の充放電によってパワーMOSFETQ1をONさせている。このような構成では、高圧側のパワーMOSFETQ1のドレイン−ソース間電圧を直接判別しながらONのタイミングを決定するので、前記ZVSが実現される可能性はあるが、下記のような課題を有すると考えられる。先ず、パワーMOSFETQ1のドレイン−ソース間電圧を分圧する必要があり、前記抵抗r1,r2による損失が懸念される。一方、これらの抵抗r1,r2を高抵抗で構成する場合は、コンパレータ7の入力容量による遅延時間が想定され、高周波化が難しいと思われる。次に、駆動制御回路4,5が複雑化し、他励方式に対する優位性が認められない。
In the above-described prior art, a specific example as shown in FIG. 15 is shown in the
本発明の目的は、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータにおいて、本来の特徴である低損失・低雑音化を維持しながら、他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を実現することができるスイッチング電源装置を提供することである。 The object of the present invention is to greatly simplify the circuit and reduce the cost of a self-excited composite resonant series converter of voltage feedback type compared to other types of excitation while maintaining the original characteristics of low loss and low noise. It is to provide a switching power supply device that can be realized.
本発明のスイッチング電源装置は、直流入力電源の両端子間に第1および第2のスイッチング素子から成る直列回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記直流入力電源の一方の端子との間に、インダクタ、コンデンサおよびトランスの1次巻線から成る直列回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子のスイッチングにより得られたトランスの2次側誘起電流をダイオードおよび平滑コンデンサによって整流・平滑化して出力し、第1および第2の制御回路が前記トランスの第1および第2の補助巻線に誘起された電圧で前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれON/OFFすることでスイッチングを継続するようにした電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータから成るスイッチング電源装置において、前記第1および第2の制御回路は、前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせるための第3および第4のスイッチング素子と、前記第1および第2の補助巻線に生じる誘起電圧をピークホールドするピークホールド回路と、前記誘起電圧が前記ピークホールド回路によるホールド電圧より予め定めるレベル以上低下したときに前記第3および第4のスイッチング素子をONして前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせる第1の比較器とを備えて構成され、前記第1および第2の補助巻線の少なくとも一方に誘起された電圧が対応する前記第1および第2のスイッチング素子の少なくとも一方を順バイアスする方向に発生した時点を起点として三角波を発生する三角波発生回路と、可変の基準電圧を発生する基準電圧源と、前記第1および第2のスイッチング素子の少なくとも一方をOFFさせるための第5のスイッチング素子と、前記三角波の電圧と基準電圧とを比較し、前記三角波の電圧が基準電圧より高くなると前記第5のスイッチング素子をONさせる第2の比較器とを備えて構成される出力調整回路を含むことを特徴とする。 In the switching power supply device of the present invention, a series circuit composed of first and second switching elements is connected between both terminals of the DC input power supply, and the connection point between the first and second switching elements and the DC input power supply A series circuit including an inductor, a capacitor, and a primary winding of a transformer is connected between one terminal and a secondary side induced current of the transformer obtained by switching of the first and second switching elements. Rectified and smoothed by a smoothing capacitor and output, and the first and second switching elements are respectively supplied with voltages induced in the first and second auxiliary windings of the transformer by the first and second control circuits. A switch consisting of a voltage feedback self-excited complex resonance series converter that is continuously switched on and off. In the power supply apparatus, the first and second control circuits include third and fourth switching elements for turning off the first and second switching elements, respectively, and the first and second auxiliary windings. A peak hold circuit for peak-holding the induced voltage generated at the time, and when the induced voltage falls below a predetermined level from the hold voltage by the peak hold circuit, the third and fourth switching elements are turned on to turn the first and And a first comparator that turns off each of the second switching elements, and the first and second switching devices corresponding to voltages induced in at least one of the first and second auxiliary windings. a triangular wave generating circuit for generating a triangular wave of the time generated in the direction to forward bias the at least one element as a starting point Comparing a reference voltage source for generating a variable reference voltage, a fifth switching element for OFF at least one of said first and second switching elements, a voltage with a reference voltage of the triangular wave, the triangular wave voltage, characterized in that it comprises an output adjustment circuit constituted by a second comparator which ON the high becomes the previous SL fifth switching element than the reference voltage is.
上記の構成によれば、直流入力電源の両端子間に第1および第2のスイッチング素子から成る直列回路が接続され、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記直流入力電源の一方の端子との間に、インダクタ、コンデンサおよびトランスの1次巻線から成る直列回路が接続され、第1および第2の補助巻線の誘起電圧を前記スイッチング素子のON/OFF駆動に用いる電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータから成るスイッチング電源装置において、その補助巻線の誘起電圧からスイッチング素子のON/OFF駆動を行う第1および第2の制御回路を、前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせるための第3および第4のスイッチング素子と、前記第1および第2の補助巻線に生じる誘起電圧をピークホールドするピークホールド回路と、前記誘起電圧が前記ピークホールド回路によるホールド電圧より予め定めるレベル以上低下したときに前記第3および第4のスイッチング素子をONして前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせる第1の比較器とを備えて構成する。 According to said structure, the series circuit which consists of a 1st and 2nd switching element is connected between both terminals of DC input power supply, and the connection point of said 1st and 2nd switching element and one of said DC input power supplies A series circuit comprising an inductor, a capacitor, and a primary winding of a transformer is connected between the first and second terminals, and voltage feedback using the induced voltage of the first and second auxiliary windings for ON / OFF driving of the switching element. Switching power supply comprising a self-excited composite resonance series converter of the type, the first and second switching circuits for turning ON / OFF the switching element from the induced voltage of the auxiliary winding are the first and second switching circuits. The induced voltage generated in the third and fourth switching elements for turning off the elements and the first and second auxiliary windings is reduced. A peak hold circuit for holding, and when the induced voltage is lowered by a predetermined level or more from a hold voltage by the peak hold circuit, the third and fourth switching elements are turned on to turn on the first and second switching elements. And a first comparator that is turned off.
したがって、前記第1および第2の制御回路は、2次側平滑コンデンサの充電完了によって2次側誘起電流が流れなくなったことを、前記第1および第2の補助巻線の内、一方の電圧低下から検知して前記第1および第2のスイッチング素子の内のONしていた側をOFF駆動するとともに、他方の電圧上昇を検知して前記第1および第2のスイッチング素子の内のOFFしていた側をONさせることで前記スイッチングを継続させる。こうして、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータにおいて、適切なスイッチング条件(ZVS動作)を簡易な構成で実現でき、本来の特徴である低損失・低雑音化を維持しながら、他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を実現することができる。また、より高周波化し、小型・高効率化にも適応できる。 Accordingly, the first and second control circuits indicate that the secondary-side induced current stops flowing due to the completion of charging of the secondary-side smoothing capacitor. Detecting from the decrease, the ON side of the first and second switching elements is driven OFF, and the other voltage increase is detected to turn OFF the first and second switching elements. The switching is continued by turning on the side that has been turned on. In this way, in the voltage feedback type self-excited complex resonance series converter, appropriate switching conditions (ZVS operation) can be realized with a simple configuration, while maintaining the low loss and low noise, which are the original features, compared to the other excitation type. Therefore, the circuit can be greatly simplified and the cost can be reduced. Moreover, it can be adapted to higher frequency, smaller size and higher efficiency.
さらに、前記第1および第2の補助巻線の少なくとも一方に誘起された電圧が対応する前記第1および第2のスイッチング素子を順バイアスする方向に発生した時点を起点として三角波を発生する三角波発生回路と、可変の基準電圧を発生する基準電圧源と、前記第1および第2のスイッチング素子の少なくとも一方をOFFさせるための第5のスイッチング素子と、前記三角波の電圧と基準電圧とを比較し、前記三角波の電圧が基準電圧より高くなると前記第5のスイッチング素子をONさせる第2の比較器とを備えて構成される出力調整回路をさらに設ける。 Further, generating a triangular wave starting from a point in time when a voltage induced in at least one of the first and second auxiliary windings is generated in a direction in which the corresponding first and second switching elements are forward-biased A circuit, a reference voltage source for generating a variable reference voltage, a fifth switching element for turning off at least one of the first and second switching elements, and the voltage of the triangular wave and the reference voltage are compared. further provided an output adjusting circuit including a second comparator which ON the previous SL fifth switching element when the voltage of the triangular wave becomes higher than the reference voltage.
したがって、簡単な構成で、出力の可変機能或いは出力安定化の機能を付加することができる。 Therefore, it is possible to add an output variable function or an output stabilization function with a simple configuration.
また、本発明のスイッチング電源装置は、2次側負荷電流または電圧を検出する負荷検出回路と、前記負荷検出回路の検出結果を1次側へフィードバックし、前記基準電圧源の基準電圧を変化するフィードバック回路とをさらに備えることを特徴とする。 Also, the switching power supply device of the present invention feeds back the detection result of the load detection circuit to the primary side, and changes the reference voltage of the reference voltage source. And a feedback circuit.
上記の構成によれば、2次側の負荷電流または出力電圧が定電流または定電圧となるようにフィードバック制御を行うことができる。 According to the above configuration, feedback control can be performed so that the load current or output voltage on the secondary side becomes a constant current or a constant voltage.
さらにまた、本発明のスイッチング電源装置では、前記平滑コンデンサの端子間に接続される負荷が、LEDであることを特徴とする。 Furthermore, in the switching power supply device of the present invention, the load connected between the terminals of the smoothing capacitor is an LED.
上記の構成によれば、LEDの順方向電圧以上の電圧が印加されるまでは電流が流れず、起動時はいわゆる無負荷状態にあるため、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの起動性を改善するとともに、LED負荷着脱時などに発生するLEDへのラッシュ電流を抑制する効果がある。 According to the above configuration, the current does not flow until a voltage equal to or higher than the forward voltage of the LED is applied, and is in a so-called no-load state at the time of startup. As well as improving the above, there is an effect of suppressing the rush current to the LED generated when the LED load is attached / detached.
好ましくは、前記基準電圧源は、調光器を備え、調光量に応じて前記基準電圧を変化することを特徴とする。 Preferably, the reference voltage source includes a dimmer, and changes the reference voltage in accordance with the dimming amount.
本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、補助巻線の誘起電圧をスイッチング素子のON/OFF駆動に用いる電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータから成るスイッチング電源装置において、第1および第2の補助巻線の誘起電圧からスイッチング素子のON/OFF駆動を行う第1および第2の制御回路を、第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせるための第3および第4のスイッチング素子と、前記第1および第2の補助巻線に生じる誘起電圧をピークホールドするピークホールド回路と、前記誘起電圧が前記ピークホールド回路によるホールド電圧より予め定めるレベル以上低下したときに前記第3および第4のスイッチング素子をONして前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせる第1の比較器とを備えて構成するとともに、前記第1および第2の補助巻線の少なくとも一方に誘起された電圧が対応する前記第1および第2のスイッチング素子を順バイアスする方向に発生した時点を起点として三角波を発生する三角波発生回路と、可変の基準電圧を発生する基準電圧源と、前記第1および第2のスイッチング素子の少なくとも一方をOFFさせるための第5のスイッチング素子と、前記三角波の電圧と基準電圧とを比較し、前記三角波の電圧が基準電圧より高くなると前記第5のスイッチング素子をONさせる第2の比較器とを備えて構成される出力調整回路をさらに設ける。 As described above, the switching power supply according to the present invention is a switching power supply comprising a voltage feedback type self-excited complex resonance series converter that uses the induced voltage of the auxiliary winding for ON / OFF driving of the switching element. The first and second control circuits for turning on / off the switching element from the induced voltage of the two auxiliary windings, and the third and fourth switching elements for turning off the first and second switching elements, respectively. A peak hold circuit for peak-holding the induced voltage generated in the first and second auxiliary windings, and the third and second when the induced voltage falls below a predetermined level from the hold voltage by the peak hold circuit. 4 switching elements are turned on and the first and second switching elements are turned off. A first comparator, and a voltage induced in at least one of the first and second auxiliary windings in a direction in which the corresponding first and second switching elements are forward-biased. A triangular wave generating circuit for generating a triangular wave starting from the point of occurrence, a reference voltage source for generating a variable reference voltage, and a fifth switching element for turning off at least one of the first and second switching elements, , compares the voltage with a reference voltage of the triangular wave, the output adjustment circuit constituted by a second comparator which ON the previous SL fifth switching element when the voltage of the triangular wave becomes higher than the reference voltage Provide further.
それゆえ、前記第1および第2の制御回路は、2次側平滑コンデンサの充電完了によって2次側誘起電流が流れなくなったことを、前記第1および第2の補助巻線の内、一方の電圧低下から検知して前記第1および第2のスイッチング素子の内のONしていた側をOFF駆動するとともに、他方の電圧上昇で検知して前記第1および第2のスイッチング素子の内のOFFしていた側をONさせることで前記スイッチングを継続させる。こうして、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータにおいて、適切なスイッチング条件を簡易な構成で実現でき、本来の特徴である低損失・低雑音化を維持しながら、他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を実現することができる。また、より高周波化し、小型・高効率化にも適応できる。さらに、簡単な構成で、出力の可変機能或いは出力安定化の機能を付加することができる。 Therefore, the first and second control circuits indicate that the secondary-side induced current does not flow due to the completion of charging of the secondary-side smoothing capacitor, and one of the first and second auxiliary windings Detecting from a voltage drop, the ON side of the first and second switching elements is driven OFF, and detecting the other voltage increase to detect OFF of the first and second switching elements. The switching is continued by turning on the side that has been turned on. Thus, in the voltage feedback type self-excited complex resonance series converter, appropriate switching conditions can be realized with a simple configuration, while maintaining the low loss and low noise that are the original features, and a circuit that is significantly larger than the other excitation type. Simplification and cost reduction can be realized. Moreover, it can be adapted to higher frequency, smaller size and higher efficiency. Furthermore, a variable function of output or a function of stabilizing the output can be added with a simple configuration.
また、本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、2次側負荷電流または電圧を検出する負荷検出回路と、前記負荷検出回路の検出結果を1次側へフィードバックし、前記基準電圧源の基準電圧を変化するフィードバック回路とをさらに備える。 In addition, as described above, the switching power supply device of the present invention feeds back the detection result of the load detection circuit that detects the secondary side load current or voltage to the primary side and the reference voltage source. And a feedback circuit for changing the reference voltage.
それゆえ、2次側の負荷電流または出力電圧が定電流または定電圧となるようにフィードバック制御を行うことができる。 Therefore, feedback control can be performed so that the load current or output voltage on the secondary side becomes a constant current or a constant voltage.
さらにまた、本発明のスイッチング電源装置は、以上のように、負荷をLEDとする。 Furthermore, the switching power supply apparatus of the present invention, as described above, the LED of the load.
それゆえ、LEDの順方向電圧以上の電圧が印加されるまでは電流が流れず、起動時はいわゆる無負荷状態にあるため、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの起動性を改善するとともに、LED負荷着脱時などに発生するLEDへのラッシュ電流を抑制する効果がある。 Therefore, current does not flow until a voltage higher than the forward voltage of the LED is applied, and it is in a so-called no-load state at the time of start-up, so that the start-up property of the voltage feedback type self-excited complex resonance series converter is improved. There is an effect of suppressing the rush current to the LED generated when the LED load is attached / detached.
[実施の形態1]
図1は、本発明の前提構成となるスイッチング電源装置11の電気的構成を示すブロック図である。このスイッチング電源装置11は、改良された電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータであり、本来の特徴であるスイッチング素子Q1,Q2の低損失・低雑音化を維持しながら、他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を図り、さらに動作の高周波化を可能とするものである。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a switching
図1において、直流入力電源Eの両端子間に、第1および第2の前記スイッチング素子Q1とQ2(以下、パワーMOSFETで記述)との直列回路が接続されるとともに、コンデンサC0が接続される。そして、前記パワーMOSFETQ1,Q2の接続点と前記直流入力電源Eの一端との間に、インダクタLと出力トランスT1の1次巻線L11とコンデンサC1との直列共振回路を形成し、前記パワーMOSFETQ1,Q2の何れかと並列にコンデンサC2が接続される(図1では、直流入力電源Eの一端は低圧側に、コンデンサC2はパワーMOSFETQ2に並列に接続した例を示している)。また、パワーMOSFETQ1,Q2には、それぞれ逆並列にダイオードD1,D2が接続される。なお、コンデンサC2は、パワーMOSFETQ1,Q2の接合容量で代用される場合もあり、ダイオードD1,D2も、前記パワーMOSFETQ1,Q2のボデイダイオードで兼用される場合もある。 In FIG. 1, a series circuit of first and second switching elements Q1 and Q2 (hereinafter referred to as power MOSFET) is connected between both terminals of a DC input power source E, and a capacitor C0 is connected. . A series resonant circuit of an inductor L, a primary winding L11 of the output transformer T1, and a capacitor C1 is formed between the connection point of the power MOSFETs Q1 and Q2 and one end of the DC input power supply E, and the power MOSFET Q1 , Q2 and a capacitor C2 are connected in parallel (FIG. 1 shows an example in which one end of the DC input power supply E is connected to the low voltage side and the capacitor C2 is connected in parallel to the power MOSFET Q2). Also, diodes D1 and D2 are connected in antiparallel to power MOSFETs Q1 and Q2, respectively. Capacitor C2 may be substituted by the junction capacitance of power MOSFETs Q1 and Q2, and diodes D1 and D2 may also be used as body diodes of power MOSFETs Q1 and Q2.
さらに前記出力トランスT1の出力巻線に中間タップを設けて2分割(L21,L22)し、それらの出力を整流するダイオードD3,D4で全波整流回路を形成し、前記中間タップとの間に平滑コンデンサC3および直流負荷Loadが接続される。また、前記出力トランスT1に補助巻線L12を設け、1次の主巻線L11と逆極性側をゲート抵抗R12を介してパワーMOSFETQ2のゲートに接続し、補助巻線L12に生じる電圧でパワーMOSFETQ2を駆動できるように構成する。高圧側のパワーMOSFETQ1のゲート駆動についても同様に、出力トランスT1に第2の補助巻線L13を設け、1次の主巻線L11と同一極性側をゲート抵抗R11を介して前記パワーMOSFETQ1のゲートに接続し、第2の補助巻線L13に生じる電圧でパワーMOSFETQ1を駆動できるように構成する。こうして、2つの補助巻線L13,L12からの帰還電圧によって、パワーMOSFETQ1,Q2が交互にON/OFFして自励発振する。 Further, an intermediate tap is provided in the output winding of the output transformer T1 and divided into two (L21, L22), and a full-wave rectifier circuit is formed by diodes D3 and D4 that rectify their outputs, and between the intermediate taps. A smoothing capacitor C3 and a DC load Load are connected. Further, an auxiliary winding L12 is provided in the output transformer T1, and the reverse polarity side of the primary main winding L11 is connected to the gate of the power MOSFET Q2 via the gate resistor R12, and the power MOSFET Q2 is generated by the voltage generated in the auxiliary winding L12. Is configured to be driven. Similarly, for the gate drive of the power MOSFET Q1 on the high voltage side, the second auxiliary winding L13 is provided in the output transformer T1, and the same polarity side as the primary main winding L11 is connected to the gate of the power MOSFET Q1 via the gate resistor R11. And the power MOSFET Q1 can be driven by the voltage generated in the second auxiliary winding L13. Thus, the power MOSFETs Q1 and Q2 are alternately turned on and off by the feedback voltages from the two auxiliary windings L13 and L12, and self-oscillate.
ここで、注目すべきは、本構成では、各パワーMOSFETQ1,Q2には、そのOFFタイミングを設定するための制御回路Cont1,Cont2が設けられることである。なお、これらの制御回路Cont1,Cont2は同一構成であり、図面の簡略化のために、図1では制御回路Cont2についてのみ、具体的構成を示している。これらの制御回路Cont1,Cont2は、前記パワーMOSFETQ1,Q2のゲート−ソース間を短絡し、該パワーMOSFETQ1,Q2をOFFさせるための第3および第4のスイッチング素子であるスイッチ素子SW1と、ダイオードD5とコンデンサC4とで構成したピークホールド回路と、前記ダイオードD5の逆電圧を検出し、前記スイッチ素子SW1をONさせるための第1の比較器Comp1と、次のサイクルに備えてコンデンサC4の電荷を放電するための遅延回路2およびスイッチSW2とを備えて構成される。これらの制御回路Cont1,Cont2は、以下のような自励動作を行う。
Here, it should be noted that in this configuration, the power MOSFETs Q1 and Q2 are provided with control circuits Cont1 and Cont2 for setting the OFF timing thereof. Note that these control circuits Cont1 and Cont2 have the same configuration, and in order to simplify the drawing, only the control circuit Cont2 is shown in FIG. 1 as a specific configuration. These control circuits Cont1 and Cont2 have a switch element SW1 which is a third and fourth switching element for short-circuiting the gates and sources of the power MOSFETs Q1 and Q2 and turning off the power MOSFETs Q1 and Q2, and a diode D5. And a capacitor C4, a first hold circuit Comp1 for detecting the reverse voltage of the diode D5 and turning on the switch element SW1, and the charge of the capacitor C4 in preparation for the next cycle. A
図2および図3に基づいて回路動作を説明する。図中VQ1,VQ2はパワーMOSFETQ1,Q2のドレイン−ソース間電圧、IQ1,IQ2はパワーMOSFETQ1,Q2のドレイン電流、VC1はコンデンサC1の電圧、ID3,ID4は出力整流ダイオードD3,D4のダイオード電流、VL11は出力トランスT1の1次巻線L11の電圧、VL12,VL13は出力トランスT1の補助巻線L12,L13の電圧、cont1,cont2は制御回路Cont1,Cont2内で前記スイッチ素子SW1を駆動するための信号をそれぞれ表している。ただし、図2は、図1で示す本実施の形態の自励式複合共振直列コンバータの動作波形図ではなく、前述の図10で示す他励式複合共振直列コンバータの図11で示す動作波形図に、前記巻線L11,L13の電圧VL11,VL13を詳しく示すものである。
The circuit operation will be described with reference to FIGS. In the figure, VQ1 and VQ2 are drain-source voltages of the power MOSFETs Q1 and Q2, IQ1 and IQ2 are drain currents of the power MOSFETs Q1 and Q2, VC1 is a voltage of the capacitor C1, ID3 and ID4 are diode currents of the output rectifier diodes D3 and D4, VL11 is a voltage of the primary winding L11 of the output transformer T1, VL12 and VL13 are voltages of the auxiliary windings L12 and L13 of the output transformer T1, and cont1 and cont2 are for driving the switch element SW1 in the control circuits Cont1 and Cont2. Each of the signals is represented. However, FIG. 2 is not an operation waveform diagram of the self-excited composite resonance series converter of the present embodiment shown in FIG. 1, but an operation waveform diagram shown in FIG. 11 of the separately excited composite resonance series converter shown in FIG. It illustrates in detail a voltage VL11,
図2を参照して、出力トランスT1の1次巻線L11に印加される電圧波形は、VL11のような波形となり、その相似した波形が補助巻線L12,L13に発生する。電流帰還の場合は正弦波状の共振電流が帰還されるのに対して、出力トランスT1からの電圧帰還においては前記VL11のような矩形波の電圧が帰還されるので、パワーMOSFETQ1,Q2の駆動に適することが理解される。しかしながら、VL11には2次側ダイオードD3,D4の電流ID3,ID4が途切れる区間に対応して、参照符号Pで示すような段差が存在する。本構成はこの段差Pに着目したものであり、スイッチング素子Q1,Q2をOFFさせるタイミングをこの段差Pの発生時とすることによって、下記の効果を狙ったものである。 Referring to FIG. 2, the voltage waveform applied to primary winding L11 of output transformer T1 is a waveform like VL11, and similar waveforms are generated in auxiliary windings L12 and L13. In the case of current feedback, a sinusoidal resonance current is fed back, whereas in the voltage feedback from the output transformer T1, a rectangular wave voltage such as VL11 is fed back, so that the power MOSFETs Q1 and Q2 are driven. It is understood that it is suitable. However, there is a step as indicated by reference symbol P in VL11 corresponding to a section in which the currents ID3 and ID4 of the secondary diodes D3 and D4 are interrupted. This configuration pays attention to the step P, and aims at the following effects by setting the timing for turning off the switching elements Q1, Q2 when the step P is generated.
すなわち、段差Pの発生までの期間はインダクタLとコンデンサC1との直列共振周波数に依存し、安定した動作周波数設計が可能である。また、段差Pの発生は、出力側のダイオード電流ID3,ID4が途切れた結果であり、まさに他励式において理想とされるスイッチングOFFの動作ポイントで、出力ダイオードD3,D4のリカバリを抑制するとともに、スイッチング素子Q1,Q2のZVS動作が可能である。さらにまた、段差Pを検出する検出手段として用いる整流平滑回路によって、適度のデットオフタイムが生成可能で、ZVS動作実現に利用できる。これらの効果を以下に詳しく説明する。 That is, the period until the step P is generated depends on the series resonance frequency of the inductor L and the capacitor C1, and a stable operating frequency design is possible. Further, the generation of the step P is a result of the interruption of the diode currents ID3 and ID4 on the output side, and at the switching OFF operation point that is ideal in the separate excitation type, the recovery of the output diodes D3 and D4 is suppressed. ZVS operation of switching elements Q1, Q2 is possible. Furthermore, an appropriate dead-off time can be generated by the rectifying / smoothing circuit used as the detecting means for detecting the step P, which can be used for realizing the ZVS operation. These effects will be described in detail below.
図3は、本構成に係る電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの動作波形図である。図3を参照して、VL12は補助巻線L12に生じる帰還電圧波形を示し、VC4はピークホールド用のコンデンサC4の電圧を示しており、帰還電圧VL12が正の間にコンデンサC4はダイオードD5のON電圧だけ低い電圧まで充電・保持される。VL12に段差が発生した瞬間、VC4>VL12の状態が発生してダイオードD5に逆電圧が印加される。時刻t1において、比較器Comp1でこの逆電圧をある閾値δで検出し、該比較器Comp1の出力でパワーMOSFETQ2のゲート−ソース間に接続されたスイッチ素子SW1をONさせることで、前記パワーMOSFETQ2がOFFする。その後、次のONサイクルに備えて遅延回路12で時間t3だけ遅延した後、コンデンサC4の電荷をスイッチ素子SW2によって放電させる結果、VC4はゼロにリセットされる。
FIG. 3 is an operation waveform diagram of the voltage feedback type self-excited complex resonance series converter according to the present configuration. Referring to FIG. 3,
こうして、補助巻線電圧VL12に段差が発生した時点(前記時刻t1)でパワーMOSFETQ2のゲート−ソース間に設けたスイッチ素子SW1をONさせて該パワーMOSFETQ2をOFFさせる結果、補助巻線電圧VL12は、時刻t2から速やかに低下し、適度なデットオフタイムを経て補助巻線L13の電圧VL13が立上がり、ゲート抵抗R11を介してパワーMOSFETQ1をONさせ、インダクタLとコンデンサC1との共振周波数で決まる一定期間後に段差を生じて、同様な動作を繰返すことによって、自励式であっても、パワーMOSFETQ1のドレイン−ソース間電圧VQ1、ドレイン電流IQ1およびパワーMOSFETQ2のドレイン−ソース間電圧VQ2、ドレイン電流IQ2、ならびにダイオード電流ID3,ID4は、前記図11で示す他励式と極めて近似した波形が得られることが理解される。これによって、前述のように、スイッチング素子Q1,Q2の低損失・低雑音化を維持しながら、他励式に比べて大幅な回路の簡素化、低コスト化を図り、さらに動作の高周波化(たとえば500kHz)を可能とすることができる。
Thus, the auxiliary winding voltage VL1 time the second step occurs in (the time t1) in the
図4は、本発明の実施の第1の形態のスイッチング電源装置21の電気的構成を示すブロック図である。このスイッチング電源装置21において、前述のスイッチング電源装置11に対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本発明では、前記第1および第2の補助巻線L13,L12の少なくとも一方(図4の例では低圧側のスイッチング素子Q2に対応する第2の補助巻線L12のみ)に関して、出力調整回路22が設けられていることである。図5および図6は、このスイッチング電源装置21の動作を説明するための波形図である。
FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the switching
前記出力調整回路22は、補助巻線L12に誘起された電圧が、対応するスイッチング素子Q2を順バイアスする方向に発生した時点を起点として三角波を発生する三角波発生回路23と、可変の基準電圧VTHを発生する基準電圧源24と、前記三角波の電圧と基準電圧VTHとを比較し、前記三角波の電圧が基準電圧VTHより高くなると対応する前記スイッチング素子Q2のゲート−ソース間を短絡する比較回路25とを備えて構成される。この出力調整回路22内では、出力トランスT1の補助巻線L12の非グランド側端子からダイオードDc1およびコンデンサCc3によって制御用電源Vcを作成している。
The
前記三角波発生回路23において、出力トランスT1の補助巻線L12の非グランド側端子から抵抗Rc1,Rc2で分圧回路を形成し、その接続点をFETQc1のゲート端子に接続する。この抵抗Rc1に並列のコンデンサCc2は極性反転時のスピードアップ用である。したがって、図5で示すように、補助巻線L12の電圧VL12がパワーMOSFETQ2のゲートを順バイアスする方向に発生しているとき、参照符号VQC1で示すように(ドレイン−ソース間電圧)前記FETQc1はONとなり、その反転回路を形成するトランジスタQc2は参照符号VQC2で示すようにOFFとなっている。
In the triangular
一方、前記制御用電源VcからトランジスタQc3,Qc4をミラー構成として、ダイオード構造のトランジスタQc3に接続される抵抗Rc4に基準電流を流し、反対のトランジスタQc4に接続されるコンデンサCc1を充電する回路を設けるとともに、そのコンデンサCc1の端子間に放電回路として前記トランジスタQc2を接続する。したがって、補助巻線L12の電圧VL12がパワーMOSFETQ2のゲートを逆バイアスする方向に発生しているとき、すなわち前記トランジスタQc2がONしているときは、カレントミラー回路による充電は行われず、補助巻線L12の電圧VL12がパワーMOSFETQ2のゲートを順バイアスする方向に発生する、すなわち前記トランジスタQc2がOFFしたときには、充電が行われ、コンデンサCc1の端子電圧は、参照符号VCC1で示すように、三角波状に上昇する。 On the other hand, transistors Qc3 and Qc4 are mirrored from the control power supply Vc, and a circuit for supplying a reference current to the resistor Rc4 connected to the diode-structured transistor Qc3 and charging the capacitor Cc1 connected to the opposite transistor Qc4 is provided. At the same time, the transistor Qc2 is connected between the terminals of the capacitor Cc1 as a discharge circuit. Therefore, when the voltage VL12 of the auxiliary winding L12 is generated in the direction to reverse- bias the gate of the power MOSFET Q2, that is, when the transistor Qc2 is ON, charging by the current mirror circuit is not performed and the auxiliary winding When the voltage VL12 of L12 is generated in a direction in which the gate of the power MOSFET Q2 is forward- biased, that is, when the transistor Qc2 is turned off, charging is performed, and the terminal voltage of the capacitor Cc1 has a triangular waveform as indicated by reference numeral VCC1. To rise.
そして、このコンデンサCc1の電位が、前記制御電源Vcを、前記基準電圧源24の抵抗Rc5と可変抵抗VRとで分圧した値(前記基準電圧)VTHを超えたとき、参照符号VCPで示すように、比較回路25内の第2の比較器comp2の出力はハイレベルとなり、その出力側のFETQc5をONさせ、前記パワーMOSFETQ2のゲート−ソース間を短絡して該パワーMOSFETQ2をターンOFFさせる。前記可変抵抗VRの抵抗値を変化して比較器Comp2の基準電圧VTHをΔVTHの範囲で変化することで、パワーMOSFETQ2のターンOFFのタイミングを、図5で示す(VTH=VTH1)前記制御回路Cont2のハイレベルタイミング(フルデューティ)以降から、図6で示す(VTH=VTH2)ように速めることができる。これによって、簡単な構成で、パワーMOSFETQ2のON幅を変化させ、出力調整を行うことができる。
When the potential of the capacitor Cc1 exceeds the value (the reference voltage) VTH obtained by dividing the control power supply Vc by the resistor Rc5 and the variable resistor VR of the
図7は、前記図1および図4の制御回路Cont1,Cont2の具体的な他の構成例である制御回路Conta,Contbの回路図である。図7(a)で示す制御回路Contaでは、端子P11−P13;P21−P23間に入力される電圧帰還信号を、抵抗r1,r2で分圧し、その分圧された電圧をコンパレータICの−端子へ供給している。またこの分圧電圧で、ダイオードd5およびツエナーダイオードzdを介してコンデンサc2を充電するとともに、その充電電圧を前記コンパレータICの+端子に供給している。このような構成によって、帰還電圧が所定値以下に低下した場合、前記分圧点の電位も低下し、−端子の電位が+端子の電位以下となってコンパレータICの出力がハイレベルとなり、これによってMOSFETq1がONし、端子P12−P13;P22−P23間を短絡、すなわちパワーMOSFETQ1,Q2をOFFさせることができる。図中、ダイオードd2とコンデンサc1とは、コンパレータICの電源を形成し、またダイオードd3,d4および抵抗r3は、コンデンサc2の電荷を引き抜く回路を形成している。このようなダイオードd5およびツエナーダイオードzdによって、前記コンパレータICの閾値設定の自由度が高くなっている。 FIG. 7 is a circuit diagram of control circuits Conta and Contb, which are other specific configuration examples of the control circuits Cont1 and Cont2 of FIGS. In the control circuit Conta shown in FIG. 7A, the voltage feedback signal inputted between the terminals P11-P13; P21-P23 is divided by the resistors r1 and r2, and the divided voltage is minus terminal of the comparator IC. To supply. The divided voltage charges the capacitor c2 via the diode d5 and the Zener diode zd, and supplies the charging voltage to the + terminal of the comparator IC. With such a configuration, when the feedback voltage drops below a predetermined value, the potential at the voltage dividing point also drops, the potential at the − terminal becomes lower than the potential at the + terminal, and the output of the comparator IC becomes high level. As a result, the MOSFET q1 is turned ON, the terminals P12-P13; P22-P23 are short-circuited, that is, the power MOSFETs Q1, Q2 can be turned OFF. In the figure, the diode d2 and the capacitor c1 form a power supply for the comparator IC, and the diodes d3 and d4 and the resistor r3 form a circuit for extracting the charge of the capacitor c2. Such a diode d5 and Zener diode zd increase the degree of freedom in setting the threshold value of the comparator IC.
また、図7(b)で示す制御回路Contbでは、前記端子P11−P13;P21−P23間に入力される電圧帰還信号を、抵抗r11とダイオードd11とを介してコンデンサc11に蓄積し、前記帰還電圧がMOSFETq11のゲートスレシホールド電圧以上に低下した場合に前記MOSFETq11をONさせて、該コンデンサc11の電荷を放出させるとともに、その放電電流でpnp型のバイポーラトランジスタから成るスイッチ素子q12をONさせ、端子P12−P13;P22−P23間を短絡、すなわちパワーMOSFETQ1,Q2をOFFさせている。なお、各端子P11〜P13;P21〜P23の対応関係は、図1および図4に示す。 Further, in the control circuit Contb shown in FIG. 7B, a voltage feedback signal inputted between the terminals P11-P13; P21-P23 is accumulated in the capacitor c11 through the resistor r11 and the diode d11, and the feedback is made. When the voltage drops below the gate threshold voltage of the MOSFET q11, the MOSFET q11 is turned on to release the charge of the capacitor c11 and the switch element q12 composed of a pnp bipolar transistor is turned on by the discharge current, Terminals P12-P13; P22-P23 are short-circuited, that is, the power MOSFETs Q1, Q2 are turned OFF. In addition, the correspondence of each terminal P11-P13; P21-P23 is shown in FIG. 1 and FIG.
[実施の形態2]
図8は、本発明の実施の第2の形態のスイッチング電源装置における出力調整回路22aの構成を示すブロック図である。本実施の形態では、この出力調整回路22a以外の構成は、前述のスイッチング電源装置21と同一であり、省略している。またこの出力調整回路22aにおいて、前述の出力調整回路22とは、基準電圧源24aの構成が異なるだけである。具体的には、前記基準電圧源24では、可変抵抗VRを用いているのに対して、本実施の形態では、外部の調光器DBを用いることである。
[Embodiment 2]
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of the
前記調光器DBに対応した照明負荷の内、前記負荷Loadには、LEDが好ましい。それは、LEDの順方向電圧Vf以上の電圧(直列構成の場合はそのn倍)が印加されるまでは電流が流れず、起動時はいわゆる無負荷状態にあるため、電圧帰還型の自励式複合共振直列コンバータの起動性を改善するとともに、LED負荷着脱時などに発生するLEDへのラッシュ電流を抑制する効果があるためである。 Of the illumination loads corresponding to the dimmer DB, the load is preferably an LED. The current does not flow until a voltage higher than the forward voltage Vf of the LED (n times that in the case of the series configuration) is applied, and is in a so-called no-load state at start-up. This is because the startability of the resonant series converter is improved and the rush current to the LED generated when the LED load is attached / detached is suppressed.
前記基準電圧源24aでは、前記調光器DBからは調光量に応じたデューティのPWM信号が出力され、そのPWM信号で抵抗Rc11を介してフォトカプラPCのフォトダイオードD10が点灯駆動される。一方、抵抗Rc8でバイアスされているフォトトランジスタTR10は、前記PWM信号に応じてON/OFFし、それをトランジスタQc6および抵抗Rc7から成る反転回路で反転した後、ダイオードDc4、コンデンサCc4および抵抗Rc9によって平滑化する。そのコンデンサCc4の充電電圧が、インピーダンス変換器Comp3を介してインピーダンス変換され、抵抗Rc6を介してコンデンサCc5に前記PWM信号のパルス幅(デューティ)に応じた直流電圧が作成される。この直流電圧を前記基準電圧VTHとして用いる。
In the
このように構成することで、外部からのPWM信号によってコンバータの出力を可変、すなわち調光を行うことができる。 With this configuration, the output of the converter can be varied, that is, dimming can be performed by an external PWM signal.
[実施の形態3]
図9は、本発明の実施の第3の形態のスイッチング電源装置31の電気的構成を示すブロック図である。このスイッチング電源装置31は、前述のスイッチング電源装置21に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このスイッチング電源装置31では、2次側に負荷電流検出回路33が設けられ、その検出結果を1次側へフィードバックすることである。
[Embodiment 3]
FIG. 9 is a block diagram showing an electrical configuration of a switching
詳しくは、前記負荷電流検出回路33では、抵抗R21,R22の直列回路および抵抗R23,R24の直列回路が出力の平滑コンデンサC3と並列に接続され、2つの直列回路間に電流検知抵抗R25が設けられる。前記電流検知抵抗R25による電圧降下が前記抵抗R21,R22;R23,R24の接続点間から取出され、エラーアンプOpampによって増幅される。一方、前記平滑コンデンサC3と並列に、フォトカプラPCの発光ダイオードD10とトランジスタQ5との直列回路が設けられており、前記エラーアンプOpampの出力がトランジスタQ5のベースに与えられ、負荷電流による電流検知抵抗R25の電圧降下が大きくなる程、発光ダイオードD10の輝度が大きくなる。
Specifically, in the load
これに対して、1次側では、基準電圧源34において、前記可変抵抗VRと並列に、コンデンサCc4および前記フォトカプラPCのフォトトランジスタTR10が設けられており、前記発光ダイオードD10の輝度が大きくなる、すなわち負荷が大きい程、コンデンサCc4の端子電圧、すなわち前記基準電圧VTHが低くなり、デューティが大きくなる。こうして、電流検知抵抗R25の電圧降下が一定値になるようにフィードバック制御が行われ、フォトカプラPCはフィードバック回路を構成する。なお、フィードバックするのは、2次側の上述のような負荷電流に限らず、出力電圧や出力電力などの他のパラメータ、或いは前記負荷電流、出力電圧および出力電力の内任意の2つ以上の組合わせが用いられてもよい。
On the other hand, on the primary side, the
以上の説明において入力電源を直流電源Eとして説明したが、商用電源を整流・平滑化して用いてもよい。また出力トランスT1の2次側はセンタータップを設けて整流回路を構成する例で説明したが、整流ブリッジによる方法でも動作などは同じである。さらに、複合共振回路を形成するキャパシタC2については、第1および第2のスイッチング素子Q1,Q2の少なくとも一方に設けるものとするが、動作周波数が高い場合は、パワーMOSFETQ1,Q2の寄生容量(Crss)で代用することが可能である。 In the above description, the input power source has been described as the DC power source E, but a commercial power source may be rectified and smoothed. The secondary side of the output transformer T1 has been described as an example in which a center tap is provided to configure a rectifier circuit. Further, the capacitor C2 forming the composite resonance circuit is provided in at least one of the first and second switching elements Q1 and Q2. When the operating frequency is high, the parasitic capacitance (Crss) of the power MOSFETs Q1 and Q2 is used. ) Can be substituted.
11,21,31 スイッチング電源装置
12 遅延回路
22,22a,32 出力調整回路
23 三角波発生回路
24,24a,34 基準電圧源
25 比較回路
33 負荷電流検出回路
C0,C1,C2,C4 コンデンサ
C3 平滑コンデンサ
Comp1,Comp2 比較器
Comp3 インピーダンス変換器
Cont1,Cont2,Conta,Contb 制御回路
D1,D2,D3,D4,D5 ダイオード
E 直流入力電源
L インダクタ
Load 直流負荷
Opamp エラーアンプ
PC フォトカプラ
Q1,Q2 スイッチング素子(パワーMOSFET)
Q11,Q12 トランジスタ
R25 電流検知抵抗
SW1 スイッチ素子
SW2 スイッチ
T1 出力トランス
11, 21, 31 Switching
Q11, Q12 Transistor R25 Current detection resistor SW1 Switch element SW2 Switch T1 Output transformer
Claims (4)
前記第1および第2の制御回路は、前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせるための第3および第4のスイッチング素子と、前記第1および第2の補助巻線に生じる誘起電圧をピークホールドするピークホールド回路と、前記誘起電圧が前記ピークホールド回路によるホールド電圧より予め定めるレベル以上低下したときに前記第3および第4のスイッチング素子をONして前記第1および第2のスイッチング素子をそれぞれOFFさせる第1の比較器とを備えて構成され、
前記第1および第2の補助巻線の少なくとも一方に誘起された電圧が対応する前記第1および第2のスイッチング素子の少なくとも一方を順バイアスする方向に発生した時点を起点として三角波を発生する三角波発生回路と、可変の基準電圧を発生する基準電圧源と、前記第1および第2のスイッチング素子の少なくとも一方をOFFさせるための第5のスイッチング素子と、前記三角波の電圧と基準電圧とを比較し、前記三角波の電圧が基準電圧より高くなると前記第5のスイッチング素子をONさせる第2の比較器とを備えて構成される出力調整回路を含むことを特徴とするスイッチング電源装置。 A series circuit composed of first and second switching elements is connected between both terminals of the DC input power supply, and between the connection point of the first and second switching elements and one terminal of the DC input power supply, A series circuit composed of an inductor, a capacitor, and a primary winding of the transformer is connected, and the secondary induced current of the transformer obtained by switching the first and second switching elements is rectified and smoothed by a diode and a smoothing capacitor. And the first and second control circuits turn on and off the first and second switching elements with voltages induced in the first and second auxiliary windings of the transformer, respectively. In a switching power supply device comprising a voltage feedback type self-excited composite resonance series converter that is continued,
The first and second control circuits include third and fourth switching elements for turning off the first and second switching elements, respectively, and induced voltages generated in the first and second auxiliary windings. A peak hold circuit for peak-holding, and when the induced voltage drops by a predetermined level or more from the hold voltage by the peak hold circuit, the third and fourth switching elements are turned on to turn on the first and second switching elements. A first comparator for turning off each of the elements,
A triangular wave that generates a triangular wave starting from a point in time when a voltage induced in at least one of the first and second auxiliary windings is generated in a direction in which at least one of the corresponding first and second switching elements is forward-biased. A generator circuit, a reference voltage source for generating a variable reference voltage, a fifth switching element for turning off at least one of the first and second switching elements, and the triangular wave voltage and the reference voltage are compared. and, a switching power supply device which comprises an output adjustment circuit constituted by a second comparator which ON the previous SL fifth switching element when the voltage of the triangular wave becomes higher than the reference voltage.
前記負荷検出回路の検出結果を1次側へフィードバックし、前記基準電圧源の基準電圧を変化するフィードバック回路とをさらに備えることを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。 A load detection circuit for detecting a secondary side load current or voltage;
2. The switching power supply device according to claim 1, further comprising a feedback circuit that feeds back a detection result of the load detection circuit to a primary side and changes a reference voltage of the reference voltage source.
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