DE112009001775T5

DE112009001775T5 - Isolated power supply switching device

Info

Publication number: DE112009001775T5
Application number: DE112009001775T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Hosotani
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2012-01-12
Also published as: CN102067426A; WO2010010746A1; CN102067426B

Abstract

Durch Ausführen einer Einschalt-/Abschaltsteuerung einer ersten Schaltvorrichtung (Q1) und einer zweiten Schaltvorrichtung (Q2) wird Energie unter Verwenden einer zweiten primären Wicklung (ni) und einer zweiten sekundären Wicklung (no) von der primären Seite zu der sekundären Seite übertragen, während die erste Schaltvorrichtung (Q1) eingeschaltet ist, und wird Energie von einer ersten primären Wicklung (np) und einer ersten sekundären Wicklung ung (Q2) eingeschaltet ist. Die erste sekundäre Wicklung (ns) und die zweite sekundäre Wicklung (no) sind miteinander in Reihe geschaltet, und ein Induktor ist zu der zweiten sekundären Wicklung (no) in Reihe eingefügt. Ein Ausgangsstrom wird veranlaung (Q1) eingeschaltet ist oder die zweite Schaltvorrichtung (Q2) eingeschaltet ist, durch den Induktor zu fließen.By executing on / off control of a first switching device (Q1) and a second switching device (Q2), energy is transferred from the primary side to the secondary side while using a second primary winding (ni) and a second secondary winding (no) the first switching device (Q1) is switched on, and energy is switched on by a first primary winding (np) and a first secondary winding (Q2). The first secondary winding (ns) and the second secondary winding (no) are connected in series with each other, and an inductor is inserted in series with the second secondary winding (no). An output current is caused (Q1) is switched on or the second switching device (Q2) is switched on to flow through the inductor.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine isolierte Leistungsversorgungsschalteinrichtung, bei der im Wesentlichen kein Zeitraum vorliegt, während dessen keine Energieübertragung zwischen der primären Seite und der sekundären Seite eines Transformators vorgenommen wird.The present invention relates to an isolated power supply switching device in which there is substantially no period during which no power transfer is made between the primary side and the secondary side of a transformer.

Stand der TechnikState of the art

Derzeit umfassen bekannte Exemplare von allgemeinen isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtungen Durchflusswandler und Sperrwandler. Alle diese isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtungen speichern Energie in einem Transformator oder einem Induktor, während die Hauptschaltvorrichtung eingeschaltet ist und dadurch Energie von der primären Seite zu der sekundären Seite überträgt, während der Hauptschalter der primären Seite entweder ein oder aus ist. Somit gibt es einen Zeitraum, während dessen keine Energie von der primären Seite zu der sekundären Seite übertragen wird, während der Hauptschalter entweder aus oder ein ist.Currently, known examples of general isolated power supply switching devices include forward transformers and flyback converters. All of these isolated power supply switching devices store energy in a transformer or inductor while the main switching device is turned on, thereby transferring energy from the primary side to the secondary side while the main switch of the primary side is either on or off. Thus, there is a period during which no power is transferred from the primary side to the secondary side while the main switch is either off or on.

Ein bekanntes Beispiel für eine isolierte Leistungsversorgungsschalteinrichtung, bei der Energie während sowohl des Einschaltzeitraums als auch des Abschaltzeitraums der Hauptschaltvorrichtung der primären Seite von der primären Seite zu der sekundären Seite übertragen wird, ist ein Zwei-Trafo-Gleichspannungswandler, der zwei Transformatoren aufweist. Ein Beispiel desselben ist in der nachstehend beschriebenen Patentschrift 1 offenbart.A known example of an isolated power supply switching device in which power is transferred from the primary side to the secondary side during both the turn-on period and the turn-off period of the primary side primary switching device is a two-transformer DC-DC converter having two transformers. An example thereof is disclosed in Patent Literature 1 described below.

Unter Bezug auf 1 ist als primärseitiger Schaltkreis der Patentschrift 1 eine durch eine primäre Spule W1 eines Transformators T1, eine primäre Spule W4 eines Transformators T2 und einen Hauptschalter Q1 gebildete Reihenschaltung an Verbindungsknoten 10 und 20 mit einer Eingangsgleichstromleistungsquelle 2 verbunden.With reference to 1 For example, as the primary-side circuit of Patent Document 1, a series circuit of connection nodes formed by a primary coil W1 of a transformer T1, a primary coil W4 of a transformer T2, and a main switch Q1 is shown 10 and 20 with an input DC power source 2 connected.

Zwischen dem Verbindungsknoten der primären Spule W4 des Transformators T2 und des Hauptschalters Q1 und dem Verbindungsknoten 20 des Minusanschlusses der Eingangsgleichstromleistungsquelle 2 und des Hauptschalters Q1 ist eine Reihenschaltung angeschlossen, die durch eine primäre Spule W5 des Transformators T2, eine primäre Spule W2 des Transformators T1 und einen Kondensator C1 gebildet ist.Between the connection node of the primary coil W4 of the transformer T2 and the main switch Q1 and the connection node 20 the negative terminal of the input DC power source 2 and the main switch Q1, a series circuit connected by a primary coil W5 of the transformer T2, a primary coil W2 of the transformer T1 and a capacitor C1 is connected.

Weiterhin ist zwischen dem Verbindungsknoten der primären Spule W4 des Transformators T2 und der Hauptschaltvorrichtung Q1 und dem Verbindungsknoten der primären Spule W2 des Transformators T1 und eines Kondensators C1 eine Reihenschaltung angeschlossen, die durch den Kondensator C2 und eine Unterschaltvorrichtung Q2 gebildet ist.Further, connected between the connection node of the primary coil W4 of the transformer T2 and the main switching device Q1 and the connection node of the primary coil W2 of the transformer T1 and a capacitor C1, a series circuit formed by the capacitor C2 and a Unterschaltvorrichtung Q2.

Als sekundärseitiger Schaltkreis sind zwischen den beiden Enden eines Lastsystems 3 eine Reihenschaltung, die durch eine sekundäre Spule W3 des Transformators T1 und einen Ausgangsschalter Q4 ausgebildet ist, und eine Reihenschaltung, die durch einen Ausgangsschalter Q3 und eine sekundäre Spule W6 des Transformators T2 gebildet ist, parallel geschaltet. Die Ausgangsschalter Q3 und Q4 dienen als synchrone Gleichrichtervorrichtungen, wodurch ein Mittelabgriff-Vollwellengleichrichterschaltkreis gebildet wird. Ein Kondensator C3 ist zwischen den beiden Enden des Lastsystems 3 als Glättungskondensator angeschlossen.As a secondary-side circuit are between the two ends of a load system 3 a series circuit formed by a secondary coil W3 of the transformer T1 and an output switch Q4, and a series circuit formed by an output switch Q3 and a secondary coil W6 of the transformer T2 are connected in parallel. The output switches Q3 and Q4 serve as synchronous rectifier devices, thereby forming a center tap full wave rectifier circuit. A capacitor C3 is between the two ends of the load system 3 connected as a smoothing capacitor.

Auf diese Weise ist die Unterschaltvorrichtung Q2 abgeschaltet, während die Hauptschaltvorrichtung Q1 eingeschaltet ist, und an der primären Seite fließt ein Strom durch die primäre Spule W1 des Transformators T1 und die primäre Spule W4 des Transformators T2. An der sekundären Seite ist der Ausgangsschalter Q3 eingeschaltet und der Ausgangsschalter Q4 ist abgeschaltet; durch die sekundäre Spule W6 des Transformators T2 fließt ein Strom; und an dem Lastsystem 3 ist eine Ausgangsspannung angelegt.In this way, the sub-switching device Q2 is turned off while the main switching device Q1 is turned on, and on the primary side, a current flows through the primary coil W1 of the transformer T1 and the primary coil W4 of the transformer T2. On the secondary side, the output switch Q3 is turned on and the output switch Q4 is off; a current flows through the secondary coil W6 of the transformer T2; and at the load system 3 an output voltage is applied.

Die Unterschaltvorrichtung Q2 ist eingeschaltet, während die Hauptschaltvorrichtung Q1 abgeschaltet ist, und an der primären Seite fließt ein Strom durch die primäre Spule W2 des Transformators T1 und die primäre Spule W5 des Transformators T2. An der sekundären Seite ist der Ausgangsschalter Q3 abgeschaltet und der Ausgangsschalter Q4 ist eingeschaltet; durch die sekundäre Spule W3 des Transformators T1 fließt ein Strom; und an dem Lastsystem 3 ist eine Ausgangsspannung angelegt.

[Patentschrift 1]: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-51994

The sub-switching device Q2 is turned on while the main switching device Q1 is turned off, and on the primary side, a current flows through the primary coil W2 of the transformer T1 and the primary coil W5 of the transformer T2. On the secondary side, the output switch Q3 is turned off and the output switch Q4 is turned on; a current flows through the secondary coil W3 of the transformer T1; and at the load system 3 an output voltage is applied.

[Patent Document 1]: Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2005-51994

Durch die Erfindung zu lösende ProblemeProblems to be solved by the invention

Die in Patentschrift 1 offenbarte isolierte Leistungsversorgungsschalteinrichtung ist aber dadurch gekennzeichnet, dass infolge des Vorsehens der zwei Transformatoren keine Drosselspule erforderlich ist, und hat somit ein Problem, da zwei Transformatoren erforderlich sind, was zu einer größeren Größe des Schaltkreises führt.However, the insulated power supply switching device disclosed in Patent Document 1 is characterized in that no reactor is required due to the provision of the two transformers, and thus has a problem that two transformers are required, resulting in a larger size of the circuit.

Auch wenn ferner der Vorteil gegeben ist, dass keine Drosselspule zum Zulassen des Übertragens von Energie von der primären Seite zur sekundären Seite erforderlich ist, sowohl wenn der Hauptschalter Q1 eingeschaltet als auch ausgeschaltet ist, besteht ein Problem, da eine fehlende Drosselspule an der sekundären Seite aufgrund des Schaltrauschens, das während des Einschalt-/Abschaltschaltzeitraums der Hauptschaltvorrichtung Q1 an der primären Seite erzeugt wird, eine Ausgangswelligkeit zunehmen lässt, was zu einer größeren Größe des Glättungskondensators C3 führt.Further, although there is the advantage that no reactor is required for allowing the transfer of energy from the primary side to the secondary side, both when the main switch Q1 is turned on and off, there is a problem that a missing choke coil on the secondary side due to Switching noise generated during the on / off switching period of the main switching device Q1 on the primary side increases an output ripple, resulting in a larger size of the smoothing capacitor C3.

Da weiterhin eine Spannung, die die Summe einer Eingangsspannung Vin und einer Spannung über dem Kondensator C2 ist, zwischen Drain und Source der Hauptschaltvorrichtung Q1 angelegt ist, ist eine Hochspannungsschaltvorrichtung erforderlich. Eine Hochspannungsschaltvorrichtung hat einen großen Widerstand, der während des Leitens eine Widerstandskomponente ist, und somit steigt der Leitungsverlust in der Schaltvorrichtung. Dies führt zu einer Abnahme des Wirkungsgrads und einem Anstieg der Kosten.Further, since a voltage which is the sum of an input voltage Vin and a voltage across the capacitor C2 is applied between the drain and source of the main switching device Q1, a high voltage switching device is required. A high voltage switching device has a large resistance, which is a resistance component during conduction, and thus conduction loss in the switching device increases. This leads to a decrease in efficiency and an increase in costs.

Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen und eine isolierte Leistungsversorgungsschalteinrichtung vorzusehen, die ungeachtet der Einschalt-/Abschaltzeiträume einer Schaltvorrichtung das Übertragen von Energie von der primären Seite zu der sekundären Seite eines Transformators zulässt, die die Erzeugung von Schaltrauschen, das während Einschalt-/Abschaltzeiträumen erzeugt wird, hemmen und eine Ausgangswelligkeit verringern kann und die das Verwenden einer Niederspannungsschaltvorrichtung zulässt.Thus, it is an object of the present invention to solve the problems described above and to provide an isolated power supply switching device which allows the transfer of power from the primary side to the secondary side of a transformer, regardless of the turn-on / turn-off periods of a switching device Switching noise that is generated during turn-on / off periods and can reduce an output ripple and that allows the use of a low-voltage switching device.

Mittel zum Lösen der ProblemeMeans of solving the problems

Die vorliegende Erfindung sieht die folgende Konfiguration vor, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen.

(1) Eine isolierte Leistungsversorgungsschaltvorrichtung umfasst einen Gleichstromleistungseingangsabschnitt, an dem eine Eingangsgleichspannung eingespeist wird; einen Transformator T, der durch eine magnetische Komponente gebildet ist und mit einer ersten primären Wicklung np, einer ersten sekundären Wicklung ns und einer zweiten sekundären Wicklung no versehen ist, die magnetisch miteinander gekoppelt sind; einen ersten Induktor Lr, der mit der ersten primären Wicklung np in Reihe geschaltet ist; einen Gleichrichterschaltkreis, der gebildet ist durch eine erste Gleichrichtervorrichtung Ds, die eine Summe eines Stroms, der in der ersten sekundären Wicklung ns erzeugt wird, und eines Stroms, der in der zweiten sekundären Wicklung no erzeugt wird, gleichrichtet, und durch eine zweite Gleichrichtervorrichtung Df, die einen Strom, der in der zweiten sekundären Wicklung no erzeugt wird, gleichrichtet; einen ersten Schaltkreis S1, der durch eine erste Schaltvorrichtung Q1, einen ersten Kondensator C1 und eine erste Diode D1 gebildet ist, die parallel miteinander geschaltet sind; einen zweiten Schalkreis S2, der durch eine zweite Schaltvorrichtung Q2, einen zweiten Kondensator C2 und eine zweite Diode D2 gebildet ist, die parallel miteinander geschaltet sind; einen dritten Kondensator Cr; eine erste Reihenschaltung, die mit beiden Anschlüssen des Gleichstromleistungseingangsabschnitts verbunden ist und in der die erste primäre Wicklung np oder die zweite primäre Wicklung ni und der erste Schaltkreis S1 miteinander in Reihe geschaltet sind; und eine zweite Reihenschaltung, die mit beiden Enden des ersten Schaltkreises S1, beiden Enden der ersten primären Wicklung np oder beiden Enden der zweiten primären Wicklung ni verbunden ist und in der der zweite Schaltkreis S2 und der dritte Kondensator Cr miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei der erste Schaltkreis S1 und der zweite Schaltkreis S2 so konfiguriert sind, dass sie komplementär und wiederholt in Einschalt-/Abschaltzustände mit einem Zeitraum dazwischen, in dem sich beide in Abschaltzuständen befinden, treten, wobei Wicklungen des Transformators T so konfiguriert sind, dass von einer primären Seite zu einer sekundären Seite Energie komplementär durch die erste sekundäre Wicklung ns oder die zweite sekundäre Wicklung no synchron mit komplementären Einschalt-/Abschaltvorgängen des ersten Schaltkreises S1 und des zweiten Schaltkreises S2 übertragen wird, wobei magnetische Polaritäten der ersten sekundären Wicklung ns und der zweiten sekundären Wicklung no zueinander entgegengesetzt sind, und wobei eine Ausgangsspannung Vo mittels des zweiten Induktors Lro zu der sekundären Seite ausgegeben wird.
(2) Eine isolierte Leistungsversorgungsschaltvorrichtung umfasst einen Gleichstromleistungseingangsabschnitt, an dem eine Eingangsgleichspannung eingespeist wird; einen Transformator T, der durch eine magnetische Komponente gebildet ist und mit einer ersten primären Wicklung np, einer ersten sekundären Wicklung ns, einer zweiten primären Wicklung ni und einer zweiten sekundären Wicklung no versehen ist, die magnetisch miteinander gekoppelt sind; einen ersten Induktor Lr, der mit der ersten primären Wicklung np in Reihe geschaltet ist; einen dritten Induktor Lri, der mit der zweiten primären Wicklung ni in Reihe geschaltet ist; einen zweiten Induktor Lro, der mit der ersten sekundären Wicklung no in Reihe geschaltet ist; einen Gleichrichterschaltkreis, der gebildet ist: durch eine erste Gleichrichtervorrichtung Ds, die eine Summe eines Stroms, der in der ersten sekundären Wicklung ns erzeugt wird, und eines Stroms, der in der zweiten sekundären Wicklung no erzeugt wird, gleichrichtet, und durch eine zweite Gleichrichtervorrichtung Df, die einen Strom, der in der zweiten sekundären Wicklung no erzeugt wird, gleichrichtet; einen ersten Schaltkreis S1, der durch eine erste Schaltvorrichtung Q1, einen ersten Kondensator C1 und eine erste Diode D1 gebildet ist, die parallel miteinander geschaltet sind; einen zweiten Schalkreis S2, der durch eine zweite Schaltvorrichtung Q2, einen zweiten Kondensator C2 und eine zweite Diode D2 gebildet ist, die parallel miteinander geschaltet sind; einen dritten Kondensator Cr; eine erste Reihenschaltung, die mit beiden Anschlüssen des Gleichstromleistungseingangsabschnitts verbunden ist und in der die erste primäre Wicklung np oder die zweite primäre Wicklung ni und der erste Schaltkreis S1 miteinander in Reihe geschaltet sind; eine zweite Reihenschaltung, die mit beiden Enden des ersten Schaltkreises S1, beiden Enden der ersten primären Wicklung np oder beiden Enden der zweiten primären Wicklung ni verbunden ist und in der der zweite Schaltkreis S2 und der dritte Kondensator Cr miteinander in Reihe geschaltet sind; und einen vierten Kondensator Ce, der mit der ersten Reihenschaltung parallel geschaltet ist, wobei der erste Schaltkreis S1 und der zweite Schaltkreis S2 so konfiguriert sind, dass sie komplementär und wiederholt in Einschalt-/Abschaltzustände mit einem Zeitraum dazwischen, in dem sich beide in Abschaltzuständen befinden, treten, wobei Wicklungen des Transformators T so konfiguriert sind, dass von einer primären Seite zu einer sekundären Seite Energie komplementär durch die erste sekundäre Wicklung ns oder die zweite sekundäre Wicklung no synchron mit komplementären Einschalt-/Abschaltvorgängen des ersten Schaltkreises S1 und des zweiten Schaltkreises S1 übertragen wird, wobei magnetische Polaritäten der ersten sekundären Wicklung ns und der zweiten sekundären Wicklung zueinander entgegengesetzt sind, und wobei eine Ausgangsspannung Vo mittels des zweiten Induktors Lro zu der sekundären Seite ausgegeben wird.
(3) Der Transformator T ist durch einen ersten Transformator, der die erste primäre Wicklung np und die erste sekundäre Wicklung ns umfasst, und einen zweiten Transformator, der die zweite primäre Wicklung ni und die zweite sekundäre Wicklung no umfasst, gebildet.
(4) Primärseitiger magnetischer Streufluss des Transformators T wird als erster Induktor Lr verwendet.
(5) Sekundärseitiger magnetischer Streufluss des Transformators T wird als zweiter Induktor Lro verwendet.
(6) Primärseitiger magnetischer Streufluss des Transformators T wird als dritter Induktor Lri verwendet.
(7) In dem Transformator T ist die erste primäre Wicklung np oder die zweite primäre Wicklung ni in einer Richtung gewickelt, so dass ein Gleichstrom-Magnetfluss, der aufgrund eines durch die zweite sekundäre Wicklung no fließenden Stroms in einem gemeinsamen Magnetkern erzeugt wird, aufgehoben wird, und die erste sekundäre Wicklung ns hat eine magnetische Polarität entgegengesetzt zu der Polarität der zweiten sekundären Wicklung no und hat eine größere Anzahl von Windungen als die zweite sekundäre Wicklung no.
(8) Eine Richtung eines Stroms, der fließt, wenn sich der erste Schaltkreis S1 oder der zweite Schaltkreis S2 in einem leitenden Zustand befindet, haben die erste primäre Wicklung np und die zweite primäre Wicklung ni die gleiche magnetische Polarität und die erste sekundäre Wicklung ns und die zweite sekundäre Wicklung no haben entgegengesetzte magnetische Polaritäten.
(9) Der Transformator T1 hat eine schwächere magnetische Kopplungsstärke als der zweite Transformator T2.
(10) Der erste Schaltkreis S1 und der zweite Schaltkreis S2 sind Feldeffekttransistoren.
(11) Der erste Schaltkreis S1 oder der zweite Schaltkreis S2 wird so angetrieben, dass er einen Nullspannungsschaltvorgang ausführt, in dem eine Schaltvorrichtung eingeschaltet wird, nachdem eine Spannung über beiden Enden des Schaltkreises auf oder in etwa auf 0 V gefallen ist.
(12) Der Gleichrichterschaltkreis wird gebildet durch eine dritte Diode Ds, die einen Strom gleichrichtet, der während eines Zeitraums, in dem die Energie durch die erste sekundäre Wicklung ns von der primären Seite zu der sekundären Seite übertragen wird, durch die erste sekundäre Wicklung ns fließt, und durch eine vierte Diode Df, die einen Strom gleichrichtet, der während eines Zeitraums, in dem die Energie durch die zweite sekundäre Wicklung no ns von der primären Seite zu der sekundären Seite übertragen wird, durch die zweite sekundäre Wicklung no fließ.
(13) Es wird eine synchrone Gleichrichterkonfiguration verwendet, in der die dritte Diode Ds oder die vierte Diode Df durch einen Feldeffekttransistor ersetzt ist.
(14) Ein Verhältnis einer Anzahl von Windungen der ersten sekundären Wicklung ns zu einer Anzahl von Windungen der zweiten sekundären Wicklung no beträgt ns:no = 2:1.
(15) Indem Transformator T ist zumindest die magnetische Kopplung zwischen der zweiten sekundären Wicklung no und der ersten sekundären Wicklung ns relativ groß und die magnetische Kopplung zwischen der ersten primären Wicklung np und jeder der anderen Wicklungen ist relativ klein.
(16) Eine geschichtete Wicklungsanordnung wird verwendet, um die erste primäre Wicklung np und die erste sekundäre Wicklung ns zu bilden, und eine aufgeteilte Wicklungsanordnung wird für mindestens entweder die erste sekundäre Wicklung ns und die zweite sekundäre Wicklung no oder die erste primäre Wicklung np und die zweite sekundäre Wicklung no verwendet
(17) Der Transformator T weist mehrere Kernschenkel, die erste primäre Wicklung np und die erste sekundäre Wicklung ns sind um den gleichen Kernschenkel gewickelt und mindestens die zweite sekundäre Wicklung no ist um einen anderen Kernschenkel gewickelt.
(18) Eine geschichtete Wicklungsanordnung wird verwendet, um die erste primäre Wicklung np und die erste sekundäre Wicklung ns zu bilden, und eine aufgeteilte Wicklungsanordnung wird für mindestens entweder die erste sekundäre Wicklung ns und die zweite sekundäre Wicklung no oder die erste primäre Wicklung np und die zweite sekundäre Wicklung no verwendet
(19) Der erste Schaltkreis S1 und der zweite Schaltkreis S2 werden so gesteuert, dass die Ausgangsspannung Vo unter Verwenden von PWM-Steuerung stabil gehalten wird.
(20) Der dritte Kondensator Cr ist zwischen der ersten primären Wicklung ni und dem ersten Schaltkreis S1 angeschlossen.
(21) Der erste Schaltkreis S1 oder der zweite Schaltkreis S2 wird nur in einem Bereich von 0 ≤ Da ≤ 0,5 angetrieben, wobei Da ein Verhältnis (= Einschaltzeit/Schaltzyklus) desselben ist, und der andere wird nur in einem Bereich von 0,5 ≤ Da ≤ 1 angetrieben.
(22) Wenn ein Spannungsumwandlungsverhältnis, das durch ein Verhältnis der Ausgangsspannung Vo zu einer Eingangsspannung Vi des Gleichstromleistungseingangsabschnitts dargestellt ist, M (= Vo/Vi) ist, und ein Verhältnis einer Anzahl von Windungen der ersten primären Wicklung np zu einer Anzahl von Windungen der ersten sekundären Wicklung ns n (= np/ns) ist: M = D(1 – D)/n.

The present invention provides the following configuration in order to solve the problems described above.

(1) An isolated power supply switching device includes a DC power input section to which a DC input voltage is input; a transformer T constituted by a magnetic component and provided with a first primary winding np, a first secondary winding ns and a second secondary winding no, which are magnetically coupled together; a first inductor Lr connected in series with the first primary winding np; a rectifier circuit formed by a first rectifier device Ds which rectifying a sum of a current generated in the first secondary winding ns and a current generated in the second secondary winding no, and a second rectifying device Df generating a current generated in the second secondary winding no is, rectified; a first switching circuit S1 constituted by a first switching device Q1, a first capacitor C1, and a first diode D1 connected in parallel with each other; a second switching circuit S2 formed by a second switching device Q2, a second capacitor C2, and a second diode D2 connected in parallel with each other; a third capacitor Cr; a first series circuit connected to both terminals of the DC power input section and in which the first primary winding np or the second primary winding ni and the first circuit S1 are connected in series with each other; and a second series circuit connected to both ends of the first circuit S1, both ends of the first primary winding np or both ends of the second primary winding ni, and in which the second circuit S2 and the third capacitor Cr are connected in series with each other the first circuit S1 and the second circuit S2 are configured to complementarily and repeatedly enter on / off states with a period between them in which both are in off states, with windings of the transformer T configured to be of one primary side to a secondary side energy complementary through the first secondary winding ns or the second secondary winding no synchronously with complementary on / off operations of the first circuit S1 and the second circuit S2 is transmitted, wherein magnetic polarities of the first secondary winding ns and the second secondary winding No are opposite to each other, and wherein an output voltage Vo is output by means of the second inductor Lro to the secondary side.
(2) An isolated power supply switching device includes a DC power input section to which a DC input voltage is input; a transformer T constituted by a magnetic component and provided with a first primary winding np, a first secondary winding ns, a second primary winding ni and a second secondary winding no, which are magnetically coupled together; a first inductor Lr connected in series with the first primary winding np; a third inductor Lri connected in series with the second primary winding ni; a second inductor Lro connected in series with the first secondary winding no; a rectifier circuit formed by: a first rectifier device Ds rectifying a sum of a current generated in the first secondary winding ns and a current generated in the second secondary winding no, and a second rectifier device Df, which rectifies a current generated in the second secondary winding no; a first switching circuit S1 constituted by a first switching device Q1, a first capacitor C1, and a first diode D1 connected in parallel with each other; a second switching circuit S2 formed by a second switching device Q2, a second capacitor C2, and a second diode D2 connected in parallel with each other; a third capacitor Cr; a first series circuit connected to both terminals of the DC power input section and in which the first primary winding np or the second primary winding ni and the first circuit S1 are connected in series with each other; a second series circuit connected to both ends of the first switching circuit S1, both ends of the first primary winding np or both ends of the second primary winding ni, and in which the second switching circuit S2 and the third capacitor Cr are connected in series with each other; and a fourth capacitor Ce connected in parallel with the first series circuit, wherein the first circuit S1 and the second circuit S2 are configured to be complementary and repeated in on / off states with a period between them in which both are in off states windings of the transformer T are configured such that from a primary side to a secondary side energy complementary through the first secondary winding ns or the second secondary winding no synchronous with complementary turn-on / turn-off of the first circuit S1 and the second Circuit S1 is transmitted, wherein magnetic polarities of the first secondary winding ns and the second secondary winding are opposite to each other, and wherein an output voltage Vo is output by means of the second inductor Lro to the secondary side.
(3) The transformer T is constituted by a first transformer including the first primary winding np and the first secondary winding ns and a second transformer including the second primary winding ni and the second secondary winding no.
(4) Primary-side leakage magnetic flux of the transformer T is used as the first inductor Lr.
(5) Secondary magnetic leakage flux of the transformer T is used as the second inductor Lro.
(6) Primary-side leakage magnetic flux of the transformer T is used as the third inductor Lri.
(7) In the transformer T, the first primary winding np or the second primary winding ni is wound in one direction, so that a DC magnetic flux generated in a common magnetic core due to a current flowing through the second secondary winding no is canceled and the first secondary winding ns has a magnetic polarity opposite to the polarity of the second secondary winding no and has a larger number of turns than the second secondary winding no.
(8) A direction of a current flowing when the first switching circuit S1 or the second switching circuit S2 is in a conducting state, the first primary winding np and the second primary winding ni have the same magnetic polarity and the first secondary winding ns and the second secondary winding no have opposite magnetic polarities.
(9) The transformer T1 has a weaker magnetic coupling strength than the second transformer T2.
(10) The first circuit S1 and the second circuit S2 are field effect transistors.
(11) The first circuit S1 or the second circuit S2 is driven to perform a zero voltage switching operation in which a switching device is turned on after a voltage across both ends of the circuit has fallen to or about 0V.
(12) The rectifier circuit is constituted by a third diode Ds rectifying a current passing through the first secondary winding ns during a period in which the energy is transmitted through the first secondary winding ns from the primary side to the secondary side flows, and by a fourth diode Df rectifying a current flowing through the second secondary winding no during a period in which the energy is transmitted through the second secondary winding no ns from the primary side to the secondary side.
(13) A synchronous rectifier configuration is used in which the third diode Ds or the fourth diode Df is replaced by a field effect transistor.
(14) A ratio of a number of turns of the first secondary winding ns to a number of turns of the second secondary winding no is ns: no = 2: 1.
(15) In transformer T, at least the magnetic coupling between the second secondary winding n and the first secondary winding ns is relatively large and the magnetic Coupling between the first primary winding np and each of the other windings is relatively small.
(16) A layered winding arrangement is used to form the first primary winding np and the first secondary winding ns, and a split winding arrangement is used for at least one of the first secondary winding ns and the second secondary winding np or the first primary winding np and np the second secondary winding is used no
(17) The transformer T has a plurality of core legs, the first primary winding np and the first secondary winding ns are wound around the same core leg and at least the second secondary winding no is wound around another core leg.
(18) A layered winding arrangement is used to form the first primary winding np and the first secondary winding ns, and a split winding arrangement is used for at least one of the first secondary winding ns and the second secondary winding np or the first primary winding np and np the second secondary winding is used no
(19) The first circuit S1 and the second circuit S2 are controlled so that the output voltage Vo is kept stable using PWM control.
(20) The third capacitor Cr is connected between the first primary winding ni and the first circuit S1.
(21) The first circuit S1 or the second circuit S2 is only in a range of 0 ≤ Da ≤ 0.5 where Da is a ratio (= on time / switching cycle) thereof, and the other is only in a range of 0.5 ≤ Da ≤ 1 driven.
(22) When a voltage conversion ratio represented by a ratio of the output voltage Vo to an input voltage Vi of the DC power input section is M (= Vo / Vi), and a ratio of a number of turns of the first primary winding np to a number of turns first secondary winding ns n (= np / ns) is: M = D (1-D) / n.

Vorteileadvantages

ErfindungsgemäßAccording to the invention

(a) Energy can be transmitted from the primary side to the secondary side regardless of whether a switching device is in a turn-on period or in a turn-off period, resulting in increased power conversion efficiency.
(b) By using a single combined transformer formed by a stray magnetic transformer, all of the inductance devices required for circuit operation can be replaced by stray magnetic flux, thereby achieving a significant reduction in the size scale of the entire circuit.
(c) Since no energy is stored in an inductance device in the transfer of energy from the primary side to the secondary side, reduction of the size of the transformer is possible.
(d) Since the maximum magnetic flux density can be sufficiently reduced even under a heavy load, a transformer can be designed with margin against magnetic saturation and the like designed as compared with previous transformers, resulting in a reduction in size and weight of the transformer.
(e) Since filter inductors are provided on the primary side and the secondary side to inhibit variations of current at the time, since a power transmission path from a magnetic coupling between the primary winding ni and the secondary winding no to the other magnetic coupling between the one primary winding np and secondary winding ns is switched, output ripple noise can be reduced and a smoothing capacitor can be reduced in size.
(f) Since the inductor Lro on the output side is replaced by stray magnetic flux, the number of components can be reduced and the size of the circuits can be considerably reduced.
(g) Since the operating voltage of the first switching device Q1 can be lowered to a voltage that is the same as an input voltage, a low-voltage semiconductor component can be used as the switching device, and since the on-resistance thereof is low, switching loss is expected to be reduced which realizes low cost and high efficiency.
(h) By driving the first switching device Q1 and the second switching device Q2 based on zero voltage switching (ZVS), the Switching loss can be further reduced, whereby a high efficiency is realized.
(i) By replacing an inductance device necessary for driving by zero-voltage switching (ZVS) with leakage magnetic flux of the transformer, the number of components can be reduced, thereby realizing a considerable reduction in size.
(j) Since the switching device Q2 functions as a voltage terminal circuit, a switching surge voltage is prevented from being applied to the switching device Q1. Thus, a low-voltage semiconductor component can be used as the switching device, and small by the use of the device

Widerstands wird der Leitungsverlust verringert, wodurch ein hoher Wirkungsgrad verwirklicht wird.Resistance, the line loss is reduced, whereby a high efficiency is realized.

Eine isolierte Leistungsversorgungsschalteinrichtung hohen Wirkungsgrads mit den vorstehend beschriebenen Vorteilen kann mit einem vereinfachten Schaltkreis verwirklicht werden.An isolated power supply switching device of high efficiency with the advantages described above can be realized with a simplified circuit.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist ein Schaltbild der in Patentschrift 1 veranschaulichten isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung. 1 is a circuit diagram of the patent 1 illustrated isolated power supply switching device.

2 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform. 2 FIG. 10 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a first embodiment. FIG.

3 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. 3 FIG. 12 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a second embodiment. FIG.

4 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. 4 FIG. 10 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a third embodiment. FIG.

5 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform. 5 FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a fourth embodiment. FIG.

6 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform. 6 FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a fifth embodiment. FIG.

7 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform. 7 FIG. 12 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a sixth embodiment. FIG.

8 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform. 8th FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a seventh embodiment. FIG.

9 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer achten Ausführungsform. 9 FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to an eighth embodiment. FIG.

10 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform. 10 FIG. 12 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a ninth embodiment. FIG.

11 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform. 11 FIG. 10 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a tenth embodiment. FIG.

12 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer elften Ausführungsform. 12 FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to an eleventh embodiment. FIG.

13 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer zwölften Ausführungsform. 13 FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a twelfth embodiment. FIG.

14 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform. 14 FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a thirteenth embodiment. FIG.

15 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform. 15 FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a fourteenth embodiment. FIG.

16 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform. 16 FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a fifteenth embodiment. FIG.

17 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer sechzehnten Ausführungsform. 17 FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a sixteenth embodiment. FIG.

18 ist ein Wellenformdiagramm einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 18 FIG. 15 is a waveform diagram of an isolated power supply switching device according to the first embodiment. FIG.

19 ist eine beispielhafte Konfiguration eines in der ersten Ausführungsform verwendeten Transformators. 19 FIG. 10 is an exemplary configuration of a transformer used in the first embodiment. FIG.

20 ist eine andere beispielhafte Konfiguration des in der ersten Ausführungsform verwendeten Transformators. 20 FIG. 10 is another exemplary configuration of the transformer used in the first embodiment. FIG.

21 ist eine andere beispielhafte Konfiguration des in der ersten Ausführungsform verwendeten Transformators. 21 FIG. 10 is another exemplary configuration of the transformer used in the first embodiment. FIG.

22 ist eine andere beispielhafte Konfiguration des in der ersten Ausführungsform verwendeten Transformators. 22 FIG. 10 is another exemplary configuration of the transformer used in the first embodiment. FIG.

23 ist eine andere beispielhafte Konfiguration des in der ersten Ausführungsform verwendeten Transformators. 23 FIG. 10 is another exemplary configuration of the transformer used in the first embodiment. FIG.

24 ist eine andere beispielhafte Konfiguration des in der ersten Ausführungsform verwendeten Transformators. 24 FIG. 10 is another exemplary configuration of the transformer used in the first embodiment. FIG.

25 ist eine andere beispielhafte Konfiguration des in der ersten Ausführungsform verwendeten Transformators. 25 FIG. 10 is another exemplary configuration of the transformer used in the first embodiment. FIG.

26 ist eine andere beispielhafte Konfiguration des in der ersten Ausführungsform verwendeten Transformators. 26 FIG. 10 is another exemplary configuration of the transformer used in the first embodiment. FIG.

Erste AusführungsformFirst embodiment

Unter Bezug auf 2 ist in dieser isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung eine Reihenschaltung, die durch einen ersten Induktor Lri eine zweite primäre Wicklung ni eines kombinierten Transformators T, einen dritten Kondensator Cr und einen ersten Schaltkreis S1 gebildet ist, zwischen dem Plus-Anschluss und dem Minus-Anschluss eines Leistungseingangsabschnitts angeschlossen, an dem eine Gleichspannung Vi angelegt ist. Eine Reihenschaltung, die durch eine erste primäre Wicklung np des kombinierten Transformators T, einen zweiten Induktor Lr und einen vierten Kondensator Ce gebildet ist, ist zwischen dem Verbindungsknoten der zweiten primären Wicklung ni des kombinierten Transformators T und des dritten Kondensators Cr und dem Minus-Anschluss des Leistungseingangsabschnitts angeschlossen. Ein zweiter Schaltkreis S2 ist zwischen dem Verbindungsknoten des dritten Kondensators Cr und des ersten Schaltkreises S1 und dem Verbindungsknoten des zweiten Induktors Lr und des vierten Kondensators Ce angeschlossen.With reference to 2 in this isolated power supply switching device, a series circuit formed by a first inductor Lri, a second primary winding ni of a combined transformer T, a third capacitor Cr, and a first circuit S1 is connected between the plus terminal and the minus terminal of a power input section; where a DC voltage Vi is applied. A series circuit formed by a first primary winding np of the combined transformer T, a second inductor Lr and a fourth capacitor Ce is connected between the connection node of the second primary winding ni of the combined transformer T and the third capacitor Cr and the minus terminal of the power input section. A second circuit S2 is connected between the connection node of the third capacitor Cr and the first circuit S1 and the connection node of the second inductor Lr and the fourth capacitor Ce.

Da ein Kurzschluss erzeugt wird, wenn der erste Schaltkreis S1 und der zweite Schaltkreis S2 gleichzeitig eingeschaltet werden, ist zu beachten, dass sie konfiguriert sind, in zueinander komplementärer Weise mit minimaler erforderlicher Totzeit zwischen eingeschaltet und ausgeschaltet ein- und ausgeschaltet zu sein.Since a short circuit is generated when the first circuit S1 and the second circuit S2 are simultaneously turned on, it should be noted that they are configured to be turned on and off in a complementary manner with minimum required dead time between on and off.

Der erste Schaltkreis S1 ist durch eine erste Schaltvorrichtung Q1, eine erste Diode D1 und einen ersten Kondensator C1 gebildet, die parallel zueinander geschaltet sind. Der zweite Schaltkreis S2 ist durch eine zweite Schaltvorrichtung Q2, eine zweite Diode D2 und einen zweiten Kondensator C2 gebildet, die parallel zueinander geschaltet sind.The first circuit S1 is constituted by a first switching device Q1, a first diode D1, and a first capacitor C1, which are connected in parallel with each other. The second circuit S2 is formed by a second switching device Q2, a second diode D2 and a second capacitor C2, which are connected in parallel with each other.

Wenn die erste Schaltvorrichtung Q1 und die zweite Schaltvorrichtung Q2 durch Feldeffekttransistoren, beispielsweise MOSFETs, gebildet sind, können deren parasitäre Dioden als erste Diode D1 und zweite Diode D2 verwendet werden, und die parasitären Kondensatoren derselben können als erster Kondensator C1 und zweiter Kondensator C2 verwendet werden. Dies ermöglicht den Verzicht auf diese einzelnen Komponenten und eine Verringerung der Anzahl an umzusetzenden Komponenten.When the first switching device Q1 and the second switching device Q2 are formed by field-effect transistors such as MOSFETs, their parasitic diodes can be used as the first diode D1 and the second diode D2, and the parasitic capacitors thereof can be used as the first capacitor C1 and the second capacitor C2 , This makes it possible to dispense with these individual components and to reduce the number of components to be converted.

Die sekundäre Seite des kombinierten Transformators T ist mit einer ersten sekundären Wicklung ns, die hauptsächlich mit der ersten primären Wicklung gekoppelt ist, und einer zweiten sekundären Wicklung no, die hauptsächlich mit der zweiten primären Wicklung ni gekoppelt ist, versehen. Die erste primäre Wicklung np und die zweite primäre Wicklung ns sind so gewickelt, dass sie entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, und die zweite primäre Wicklung ni und die zweite sekundäre Wicklung no sind so gewickelt, dass sie die gleiche Polarität aufweisen.The secondary side of the combined transformer T is provided with a first secondary winding ns mainly coupled to the first primary winding and a second secondary winding no mainly coupled to the second primary winding ni. The first primary winding np and the second primary winding ns are wound to have opposite polarities, and the second primary winding ni and the second secondary winding no are wound to have the same polarity.

Ein Ende der ersten sekundären Wicklung ns des kombinierten Transformators T ist mit der Mode einer dritten Diode Ds verbunden, das andere Ende der ersten sekundären Wicklung ns ist mit der Anode einer vierten Diode Df verbunden, und die Kathode der vierten Diode Df ist mit der Kathode der dritten Diode Ds verbunden. Ein Ende der zweiten sekundären Wicklung no ist mit dem Verbindungsknoten der Kathode der dritten Diode Ds und der Kathode der vierten Diode Df verbunden, und das andere Ende der zweiten sekundären Wicklung no ist mit einem Ende eines dritten Induktors Lro verbunden. Das andere Ende des dritten Induktors Lro ist mit einem Ende einer Last Ro verbunden, und das andere Ende der Last Ro ist mit dem anderen Ende der ersten sekundären Wicklung ns verbunden. Ein zum Glätten verwendeter fünfter Kondensator Co ist parallel zwischen den beiden Enden der Last Ro angeschlossen.One end of the first secondary winding ns of the combined transformer T is connected to the mode of a third diode Ds, the other end of the first secondary winding ns is connected to the anode of a fourth diode Df, and the cathode of the fourth diode Df is connected to the cathode the third diode Ds connected. One end of the second secondary winding no is connected to the connection node of the cathode of the third diode Ds and the cathode of the fourth diode Df, and the other end of the second secondary winding no is connected to one end of a third inductor Lro. The other end of the third inductor Lro is connected to one end of a load Ro, and the other end of the load Ro is connected to the other end of the first secondary winding ns. A fifth capacitor Co used for smoothing is connected in parallel between both ends of the load Ro.

Durch Verwenden dieser Konfiguration werden die Polaritäten der ersten primären Wicklung np und der ersten sekundären Wicklung ns des kombinierten Transformators T so festgelegt, dass ein Sperrsystem verwirklicht wird, das während eines Zeitraums, in dem die erste Schaltvorrichtung Q1 abgeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 eingeschaltet ist, Leistung abgibt. Die Polaritäten der zweiten primären Wicklung ni und der zweiten sekundären Wicklung no sind so festgelegt, dass ein Durchlasssystem verwirklicht wird, das während eines Zeitraums, in dem die erste Schaltvorrichtung Q1 eingeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 abgeschaltet ist, Leistung abgibt. Während eines Zeitraums, in dem die erste Schaltvorrichtung Q1 eingeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 abgeschaltet ist, wird somit eine Spannung in der zweiten sekundären Wicklung no induziert, wodurch die vierte Diode Df eingeschaltet wird und ein Ausgangsstrom veranlasst wird, durch den dritten Induktor Lro zu fließen, und eine Ausgangsgleichspannung an der Last Ro angelegt wird.By adopting this configuration, the polarities of the first primary winding np and the first secondary winding ns of the combined transformer T are set so as to realize a blocking system which is turned on during a period in which the first switching device Q1 is turned off and the second switching device Q2 is turned on is, gives off performance. The polarities of the second primary winding ni and the second secondary winding no are set so as to realize a pass-through system which outputs power during a period in which the first switching device Q1 is turned on and the second switching device Q2 is turned off. Thus, during a period in which the first switching device Q1 is turned on and the second switching device Q2 is turned off, a voltage is induced in the second secondary winding no, thereby turning on the fourth diode Df and causing an output current to flow through the third inductor Lro to flow, and a DC output voltage is applied to the load Ro.

Während eines Zeitraums, in dem die erste Schaltvorrichtung Q1 abgeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 eingeschaltet ist, wird eine Spannung in der ersten sekundären Wicklung ns induziert, wodurch die dritte Diode Ds eingeschaltet wird und ein Ausgangsstrom veranlasst wird, durch den dritten Induktor Lro zu fließen, und eine Ausgangsgleichspannung an der Last Ro angelegt wird.During a period in which the first switching device Q1 is turned off and the second switching device Q2 is turned on, a voltage is induced in the first secondary winding ns, thereby turning on the third diode Ds and causing an output current to flow through the third inductor Lro flow, and a DC output voltage is applied to the load Ro.

Auf diese Weise lässt der kombinierte Transformator T ungeachtet davon, ob der erste Schaltkreis S1 sich in einem Einschaltzeitraum oder in einem Abschaltzeitraum befindet, das Übertragen von Energie von der primären Seite zu der sekundären Seite zu. Abgesehen von einer minimalen erforderlichen Totzeit kann somit Energie im Wesentlichen über den gesamten Schaltzeitraum von der primären Seite zu der sekundären Seite übertragen werden. Während eines Totzeitraums, der ein kurzer Zeitraum ist, während dessen Übertragungswege umgeschaltet werden, lässt ferner der Filterinduktor Lro, der durch magnetischen Streufluss des Transformators gebildet wird, das Hemmen von Stromschwankungen und somit ein signifikantes Verringern von Ausgangswelligkeitsrauschen zu, was zu einer Verringerung der Größe des zum Glätten verwendeten fünften Kondensators Co führt.In this way, regardless of whether the first switching circuit S1 is in a turn-on period or in a turn-off period, the combined transformer T allows the transfer of power from the primary side to the secondary side. Thus, apart from a minimum required dead time, energy can be transferred substantially from the primary side to the secondary side over the entire switching period. Further, during a dead time period, which is a short period of time during which transmission paths are switched, the filter inductor Lro formed by leakage magnetic flux of the transformer allows to inhibit current fluctuations and thus significantly reduce output ripples, resulting in a reduction in size of the fifth capacitor Co used for smoothing.

18 ist ein Wellenformdiagramm der verschiedenen Abschnitte der Schaltkreise in der in 2 veranschaulichten isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung. Nachstehend werden unter Bezug auf 2 und 12 die Schaltkreisbetriebe beschrieben. Unter Bezug auf 18 sind vgs1 bzw. vgs2 die Spannungen zwischen den Gattern und Sources der Schaltvorrichtungen Q1 und Q2, wobei im Wesentlichen jeweilige Einschalt-/Abschalt-Wellenformen der Schaltvorrichtungen Q1 und Q2 gezeigt sind, und vds1 bzw. vds2 sind die Spannungen zwischen den Drains und Sources der Schaltvorrichtungen Q1 und Q2, wobei im Wesentlichen jeweilige Spannungswellenformen über den Kondensatoren C1 und C2 gezeigt sind. Ferner sind id1, id2, ii, ip und iL jeweils die Stromwellenformen der durch die Schaltkreise S1 und S2, die zweite primäre Wicklung ni, die erste primäre Wicklung np und den dritten Induktor Lro fließenden Ströme. 18 is a waveform diagram of the various sections of the circuits in the 2 illustrated isolated power supply switching device. Below, with reference to 2 and 12 the circuit operations described. With reference to 18 For example, vgs1 and vgs2, respectively, are the voltages between the gates and sources of the switching devices Q1 and Q2, with substantially respective turn-on / turn-off waveforms of the switching devices Q1 and Q2 being shown, and vds1 and vds2, respectively, the voltages between the drains and sources Switching devices Q1 and Q2, wherein substantially respective voltage waveforms across the capacitors C1 and C2 are shown. Further, id1, id2, ii, ip and iL are the current waveforms of the currents flowing through the switching circuits S1 and S2, the second primary winding ni, the first primary winding np and the third inductor Lro, respectively.

Für einen Bemessungsbetrieb dieser isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung kann der Betrieb über Zeiten t1 bis t7 in einem Schaltzyklus Ts in sechs Zustände unterteilt werden. Nachstehend wird der Schaltkreisbetrieb separat für jeden der Zustände beschrieben.For a rated operation of this isolated power supply switching device, the operation can be divided into six states over times t1 to t7 in one switching cycle Ts. Hereinafter, the circuit operation will be described separately for each of the states.

(1) Zustand 1 [t1~t2](1) state 1 [t1 ~ t2]

Nach Abschalten der zweiten Schaltvorrichtung Q2, wird, wenn eine Drain-Source-Spannung Vds1 der ersten Schaltvorrichtung Q1 in etwa null Volt erreicht, zunächst die erste Diode D1 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist die erste Schaltvorrichtung Q1 eingeschaltet und es wird ein Null-Volt-Schaltvorgang (ZVS) ausgeführt.After turning off the second switching device Q2, when a drain-source voltage Vds1 of the first switching device Q1 reaches approximately zero volts, first the first diode D1 is turned on. At this time, the first switching device Q1 is turned on and a zero-volt switching operation (ZVS) is performed.

(2) Zustand 2 [t2~t3](2) state 2 [t2 ~ t3]

Infolge der Einschaltung der ersten Schaltvorrichtdung Q1 fließt ein Strom durch die erste primäre Wicklung np und die zweite primäre Wicklung ni, und der durch die erste Schaltvorrichtung Q1 fließende Strom id1 und der durch die erste primäre Wicklung np fließende Strom ip nehmen linear zu. Zu diesem Zeitpunkt arbeitet die erste sekundäre Wicklung ns, die mit der ersten primären Wicklung np hauptsächlich magnetisch gekoppelt ist, als Sperrwandler, und die zweite sekundäre Wicklung no, die mit der zweiten primären Wicklung ni hauptsächlich magnetisch gekoppelt ist, arbeitet als Durchflusswandler. Somit fließt an der sekundären Seite des kombinierten Transformators T ein Strom nur durch die zweite sekundäre Wicklung no und folglich ist die dritte Diode Ds abgeschaltet und die vierte Diode Df ist eingeschaltet. Somit fließt der Strom, der an der sekundären Seite des kombinierten Transformators T fließt, nacheinander durch die vierte Diode Df -> die erste sekundäre Wicklung no -> den dritten Induktor Lro -> die Last Ro.As a result of the turn-on of the first switching device Q1, a current flows through the first primary winding np and the second primary winding ni, and the current id1 flowing through the first switching device Q1 and the current ip flowing through the first primary winding np increase linearly. At this time, the first secondary winding ns, which is mainly magnetically coupled to the first primary winding np, functions as a flyback converter, and the second secondary winding no, which is mainly magnetically coupled to the second primary winding ni, operates as a forward converter. Thus, at the secondary side of the combined transformer T, a current flows only through the second secondary winding no, and thus the third diode Ds is turned off and the fourth diode Df is turned on. Thus, the current flowing on the secondary side of the combined transformer T successively flows through the fourth diode Df -> the first secondary winding no -> the third inductor Lro -> the load Ro.

(3) Zustand 3 [t3~14](3) state 3 [t3 ~ 14]

Wenn die erste Schaltvorrichtung Q1 abgeschaltet ist, wird der erste Kondensator C1 mit Energie geladen, die in dem ersten Induktor Lri und dem zweiten Induktor Lr gespeichert ist, und die Drain-Source-Spannung Vds1 der ersten Schaltvorrichtung Q1 steigt demgemäß. Gleichzeitig wird der zweite Kondensator C2 entladen und die Drain-Source-Spannung Vds2 der zweiten Schaltvorrichtung Q2 fällt demgemäß ab.When the first switching device Q1 is turned off, the first capacitor C1 is charged with energy stored in the first inductor Lri and the second inductor Lr, and the drain-source voltage Vds1 of the first switching device Q1 accordingly increases. At the same time, the second capacitor C2 is discharged and the drain-source voltage Vds2 of the second switching device Q2 drops accordingly.

(4) Zustand 4 [t4~t5](4) state 4 [t4 ~ t5]

Wenn die Drain-Source-Spannung Vds2 der zweiten Schaltvorrichtung Q2 in etwa null Volt nahe kommt, wird die zweite Diode D2 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird die zweite Schaltvorrichtung Q2 eingeschaltet und es wird ein Nullspannungsschaltbetrieb (ZVS) durchgeführt.When the drain-source voltage Vds2 of the second switching device Q2 approaches approximately zero volts, the second diode D2 is turned on. At this time, the second switching device Q2 is turned on and a zero voltage switching operation (ZVS) is performed.

(5) Zustand 5 [t5~t6](5) state 5 [t5 ~ t6]

Aufgrund der Einschaltung der zweiten Schaltvorrichtung Q2 sind die erste primäre Wicklung np und die zweite primäre Wicklung ni in einer Richtung entgegen der Richtung in dem Fall von [Zustand 2] magnetisiert, in der ersten primären Wicklung np fließt kein Strom und der in der zweiten primären Wicklung ni fließende Strom ii nimmt in einer Richtung entgegen zu der in dem Fall von [Zustand 2] linear zu. Der durch die zweite Schaltvorrichtung Q2 fließende Strom id2 nimmt ebenfalls linear zu. Zu diesem Zeitpunkt arbeitet die erste sekundäre Wicklung ns, die mit der ersten primären Wicklung np hauptsächlich magnetisch gekoppelt ist, als Sperrwandler, und die zweite sekundäre Wicklung no, die mit der zweiten primären Wicklung ni hauptsächlich magnetisch gekoppelt ist, arbeitet als Durchflusswandler. Somit fließt an der sekundären Seite des kombinierten Transformators T ein Strom nur durch die erste sekundäre Wicklung ns und folglich ist die dritte Diode Ds eingeschaltet und die vierte Diode Df ist abgeschaltet. Somit fließt der Strom, der an der sekundären Seite des kombinierten Transformators T fließt, nacheinander durch die erste sekundäre Wicklung ns -> die dritte Diode Ds -> die zweite sekundäre Wicklung no -> den dritten Induktor Lro -> die Last Ro.Due to the turn-on of the second switching device Q2, the first primary winding np and the second primary winding ni are in one In the case of [state 2], the direction opposite to the direction magnetizes, no current flows in the first primary winding np, and the current ii flowing in the second primary winding ni increases in a direction opposite to that in the case of [state 2] linearly to. The current id2 flowing through the second switching device Q2 also increases linearly. At this time, the first secondary winding ns, which is mainly magnetically coupled to the first primary winding np, functions as a flyback converter, and the second secondary winding no, which is mainly magnetically coupled to the second primary winding ni, operates as a forward converter. Thus, at the secondary side of the combined transformer T, a current flows only through the first secondary winding ns, and thus the third diode Ds is turned on and the fourth diode Df is turned off. Thus, the current flowing on the secondary side of the combined transformer T successively flows through the first secondary winding ns -> the third diode Ds -> the second secondary winding no -> the third inductor Lro -> the load Ro.

(6) Zustand 6 [t6~t7](6) state 6 [t6 ~ t7]

Wenn die zweite Schaltvorrichtung Q2 abgeschaltet ist, wird der zweite Kondensator C2 mit Energie geladen, die in dem zweiten Induktor Lr gespeichert ist, und die Drain-Source-Spannung Vds2 der zweiten Schaltvorrichtung Q2 steigt demgemäß. Gleichzeitig wird der erste Kondensator C1 entladen und die Drain-Source-Spannung Vds1 der ersten Schaltvorrichtung Q1 fällt demgemäß ab. Danach kehrt der Zustand zu [Zustand 1] zurück.When the second switching device Q2 is turned off, the second capacitor C2 is charged with energy stored in the second inductor Lr, and the drain-source voltage Vds2 of the second switching device Q2 accordingly increases. At the same time, the first capacitor C1 is discharged and the drain-source voltage Vds1 of the first switching device Q1 drops accordingly. Thereafter, the state returns to [state 1].

Bezüglich zum Beispiel der Einschalt-/Abschaltzeiten der ersten Schaltvorrichtung Q1 und der zweiten Schaltvorrichtung Q2 ist ein Ausgangsspannungsdetektionsschaltkreis vorgesehen, und wenn eine Spannung einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird sie unter Verwenden isolierter Rückführmittel, beispielsweise eines Photokopplers, rückgeführt, und dadurch wird eine Einschalt-/Abschaltsteuerung ausgeführt. Wenn PWM(Pulsweitenmodulations)-Steuerung als Einschalt-/Abschaltsteuerung verwendet wird, ist die Schaltfrequenz fest und somit sind die Frequenzkomponenten von EMI-Rauschen und dergleichen, die zusammen mit dem Schaltbetrieb erzeugt werden, um eine feste Frequenz zentriert, was es einfach macht, Maßnahmen gegen das Rauschen zu ergreifen.With respect to, for example, the turn-on / turn-off times of the first switching device Q1 and the second switching device Q2, an output voltage detection circuit is provided, and when a voltage exceeds a predetermined value, it is returned using isolated feedback means such as a photocoupler, and thereby a turn-on / Shutdown control executed. When PWM (Pulse Width Modulation) control is used as ON / OFF control, the switching frequency is fixed, and thus the frequency components of EMI noise and the like generated together with the switching operation are centered around a fixed frequency, which makes it easy to Take action against the noise.

Ohne Beschränkung auf die PWM-Steuerung kann die vorliegende Erfindung aber verschiedene Steuerverfahren einsetzen, beispielsweise PAM(Pulsamplitudenmodulation)-Steuerung und PFM(Pulsfrequenzmodulation)-Steuerung und Kombinationen derselben.However, without limitation to PWM control, the present invention may employ various control techniques, such as PAM (Pulse Amplitude Modulation) control and PFM (Pulse Frequency Modulation) control, and combinations thereof.

19 ist eine Außenansicht des in der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung verwendeten kombinierten Transformators T gemäß der ersten Ausführungsform. 19 FIG. 10 is an external view of the combined transformer T according to the first embodiment used in the insulated power supply switching device. FIG.

Unter Bezug auf 19 bilden die erste sekundäre Wicklung ns, die mit der ersten primären Wicklung np hauptsächlich magnetisch gekoppelt ist, und die zweite sekundäre Wicklung no, die mit der zweiten primären Wicklung ni hauptsächlich magnetisch gekoppelt ist, einen einzigen kombinierten Transformator. Die zweite sekundäre Wicklung no ist so gewickelt, dass eine magnetische Kopplung mit anderen Wicklungen minimiert ist und magnetischer Streufluss groß ist. Im Einzelnen weist der kombinierte Transformator T wie in 9 und 21 gezeigt mehrere Kernschenkel auf, die erste primäre Wicklung np und die erste sekundäre Wicklung ns sind um den gleichen Kernschenkel gewickelt und mindestens die zweite sekundäre Wicklung no ist um einen anderen Kernschenkel gewickelt. Die erste primäre Wicklung np und die erste sekundäre Wicklung ns sind unter Verwenden einer geschichteten Wicklungsanordnung gebildet, und die zweite sekundäre Wicklung no kann unter Verwenden einer geteilten Wicklungsanordnung ausgebildet werden. Dies ist eine Konfiguration, um einen Induktanzwert groß zu halten, wenn der dritte Induktor Lro durch den magnetischen Streufluss des kombinierten Transformators T ersetzt wird.With reference to 19 The second secondary winding ns, which is primarily magnetically coupled to the first primary winding np, and the second secondary winding n, which is primarily magnetically coupled to the second primary winding ni, form a single combined transformer. The second secondary winding no is wound so that magnetic coupling with other windings is minimized and magnetic stray flux is large. In detail, the combined transformer T has as in 9 and 21 have a plurality of core legs, the first primary winding np and the first secondary winding ns are wound around the same core leg and at least the second secondary winding no is wound around another core leg. The first primary winding np and the first secondary winding ns are formed using a laminated winding assembly, and the second secondary winding no can be formed using a split winding assembly. This is a configuration for keeping an inductance value large when the third inductor Lro is replaced by the leakage magnetic flux of the combined transformer T.

Ist eine in der ersten sekundären Wicklung ns induzierte Spannung Vo1 ist, eine in der zweiten sekundären Wicklung no induzierte Spannung Vo2 und eine zu der Last Ro ausgegebene Spannung Vo und nimmt man an, dass das Verhältnis der Anzahl von Windungen der ersten sekundären Wicklung ns zu der Anzahl an Windungen der zweiten sekundären Wicklung no ns:no = 2:1 ist, wird bei einem einzelnen kombinierten Transformator T die Ausgangsspannung Vo durch Vo = Vo2 erhalten, wenn die erste Schaltvorrichtung Q1 eingeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 abgeschaltet ist. Wenn die erste Schaltvorrichtung Q1 abgeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 eingeschaltet ist, wird die Ausgangsspannung Vo durch Vo = Vo1 – Vo2 = 2Vo2 – Vo2 = Vo2 erhalten, wodurch die Welligkeitskomponente der Ausgangsspannung Vo entfernt werden kann.If a voltage induced in the first secondary winding ns is Vo1, a voltage Vo2 induced in the second secondary winding no and a voltage Vo outputted to the load Ro, the ratio of the number of turns of the first secondary winding ns is supposed to increase With the number of turns of the second secondary winding no ns: no = 2: 1, in a single combined transformer T, the output voltage Vo passes through Vo = Vo2 received, when the first switching device Q1 is turned on and the second switching device Q2 is turned off. When the first switching device Q1 is turned off and the second switching device Q2 is turned on, the output voltage Vo goes through Vo = Vo1 - Vo2 = 2Vo2 - Vo2 = Vo2 received, whereby the ripple component of the output voltage Vo can be removed.

In dem Fall, da ns:no = 1:1, ist die Größenordnung des in dem Kern des kombinierten Transformators T erzeugten Magnetflusses bei eingeschalteter erster Schaltvorrichtung Q1 und abgeschalteter zweiter Schaltvorrichtung Q2 die gleiche wie die Größenordnung des in dem Kern des kombinierten Transformators T bei abgeschalteter erster Schaltvorrichtung Q1 und eingeschalteter zweiter Schaltvorrichtung Q2 erzeugten Magnetflusses, und es ist höchst unwahrscheinlich, dass der Kern des Transformators gesättigt ist Somit ist es möglich, kombinierte Transformatoren mit einem Spielraum auszulegen.In the case where ns: no = 1: 1, the Magnitude of the magnetic flux generated in the core of the combined transformer T when the first switching device Q1 and the second switching device Q2 turned off is the same as the magnitude of the magnetic flux generated in the core of the combined transformer T with the first switching device Q1 turned off and the second switching device Q2 turned on highly unlikely that the core of the transformer is saturated Thus, it is possible to design combined transformers with a margin.

Ein Transformator, wie er in 19 dargestellt ist, der mit einem Abschnitt versehen ist, in dem die magnetische Kopplung so gering ist, dass absichtlich ein magnetischer Streufluss erzeugt wird, wird als magnetischer Streufluss-Transformator bezeichnet Die Strukturen solcher magnetischer Streufluss-Transformatoren weisen Varianten auf, wie in 19 bis 26 dargestellt ist. Allesamt weisen sie eine Konfiguration auf, bei der die zweite sekundäre Wicklung no einen kleinen Grad an magnetischer Kopplung mit den anderen Wicklungen hat und die erste primäre Wicklung np und die erste sekundäre Wicklung ns eine starke magnetische Kopplung haben. Beispiele für die Strukturen der Kerne umfassen einen „EE-Kern”, einen „EI-Kern”, einen „ER-Kern”, einen „ERI-Kern”, einen „LL-Kern” und einen „UU-Kern”.A transformer, as in 19 is provided with a portion in which the magnetic coupling is so small that intentionally generates a magnetic leakage flux is referred to as magnetic leakage flux transformer. The structures of such leakage flux magnetic transformers have variants, as in 19 to 26 is shown. All in all, they have a configuration in which the second secondary winding no has a small degree of magnetic coupling with the other windings and the first primary winding np and the first secondary winding ns have strong magnetic coupling. Examples of the structures of the cores include an "EE core", an "EI core", an "ER core", an "ERI core", an "LL core" and a "UU core".

Wenn weiterhin in der ersten Ausführungsform die erste primäre Wicklung np und die zweite primäre Wicklung ni des kombinierten Transformators T so ausgelegt sind, dass sie die gleiche Anzahl an Windungen haben, wird, wenn das Einschaltverhältnis (= Einschaltzeit/Schaltzykluszeit) Da ist und das Verhältnis der Anzahl von Windungen der ersten primären Wicklung np zur Anzahl von Windungen der ersten sekundären Wicklung ns n ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis M (= Vo/Vi) wie folgt erhalten:
Wenn die Spannung über dem dritten Kondensator Cr Vcr ist, die Spannung über dem vierten Kondensator Ce Vce ist, die Einschaltzeit der Schaltvorrichtung Ton ist und die Abschaltzeit Toff ist, dann Vi = VCe und D = Ton/(Ton + Toff). Somit gilt die folgende Gleichung. (Vi – Vcr) × Ton = –(Vi – VCe – VCr) × Toff Further, in the first embodiment, when the first primary winding np and the second primary winding ni of the combined transformer T are designed to have the same number of turns, when the duty ratio (= on-time / switching-cycle time) is Da and the ratio is the number of turns of the first primary winding np to the number of turns of the first secondary winding ns n, a voltage conversion ratio M (= Vo / Vi) is obtained as follows:
When the voltage across the third capacitor Cr is Vcr, the voltage across the fourth capacitor Ce is Vce, the turn-on time of the switching device is Ton and the turn-off time is Toff, then Vi = VCe and D = Ton / (Tone + Toff). Thus, the following equation holds. (Vi - Vcr) × Ton = - (Vi - VCe - VCr) × Toff

Dies ergibt VCr = D × Vi. This results VCr = D × Vi.

Gleichzeitig gilt die folgende Gleichung. Vo = {(no/ni) × (Vi – VCr) × D + ((no – ns)/np) × (–Vcr) × (1 – D)} × Vi At the same time, the following equation holds. Vo = {(no / ni) × (Vi-VCr) × D + ((no-ns) / np) × (-Vcr) × (1-D)} × Vi

Da ni = np, ergibt diese Gleichung M = Da × (1 – Da)/n. Since ni = np, this equation yields M = Da × (1-Da) / n.

Da das Spannungsumwandlungsverhältnis M eine Parabel mit einer Spitze bei Da = 0,5 beschreibt, können somit die erste Schaltvorrichtung Q1 und die zweite Schaltvorrichtung Q2 bezüglich eines Grenzpunkts von Da = 0,5 symmetrisch arbeiten. Eine Schaltvorrichtung arbeitet mit anderen Worten in dem Bereich 0 ≤ Da ≤ 0,5, während die andere Schaltvorrichtung in dem Bereich 0,5 ≤ Da ≤ 1 arbeitet. Thus, since the voltage conversion ratio M describes a parabola having a peak at Da = 0.5, the first switching device Q1 and the second switching device Q2 can operate symmetrically with respect to a limit of Da = 0.5. A switching device operates in other words in the area 0 ≤ Da ≤ 0.5, while the other switching device in the area 0.5 ≤ Da ≤ 1 works.

Auf diese Weise kann der Leitungsverlust des Schaltverlustes verteilt wenden, wodurch eine Verringerung der Größe einer Wärmeabstrahlungsstruktur und der Größe einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung entsprechend verwirklicht wird.In this way, the conduction loss of the switching loss can be distributed, thereby realizing a reduction in the size of a heat radiation structure and the size of an isolated power supply switching device.

Die Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform weist die folgenden Vorteile auf.

(a) Energie kann ungeachtet davon, ob sich eine Schaltvorrichtung in einem Einschaltzeitraum oder in einem Abschaltzeitraum befindet, von der primären Seite zu der sekundären Seite übertragen werden, was zu einem erhöhten Leistungsumwandlungswirkungsgrad führt.
(b) Durch Verwenden eines einzigen kombinierten Transformators, der durch einen magnetischen Streuflusstransformator gebildet wird, können alle Induktanzvorrichtungen, die für den Schaltkreisbetrieb erforderlich sind, durch magnetischen Streufluss ersetzt werden, wodurch eine beträchtliche Verringerung des Maßstabs des gesamten Schaltkreises verwirklicht wird.
(c) Da in einer Induktanzvorrichtung bei der Übertragung von Energie von der primären Seite zu der sekundären Seite keine Energie gespeichert wird, ist eine Verringerung der Große des Transformators möglich.
(d) Da die maximale Magnetflussdichte selbst bei einer schweren Last ausreichend verringert werden kann, kann ein Transformator verglichen mit bestehenden mit einem Spielraum gegen magnetische Sättigung und dergleichen ausgelegt werden, was zu einer Verringerung der Größe und des Gewichts des Transformators führt.
(e) Da Filterinduktoren an der primären Seite und der sekundären Seite vorgesehen werden, um Schwankungen eines Stroms zu dem Zeitpunkt zu unterbinden, da ein Energieübertragungsweg von einer magnetischen Kopplung zwischen der primären Wicklung ni und der sekundären Wicklung no zu der anderen magnetischen Kopplung zwischen der primären Wicklung np und der sekundären Wicklung ns geschaltet wird, kann Ausgangswelligkeitsrauschen verringert werden und ein Glättungskondensator kann in der Größe verringert wenden.
(f) Da der Induktor Lro an der Ausgangsseite durch magnetischen Streufluss ersetzt wird, kann die Anzahl an Komponenten verringert werden und die Größenordnung der Schaltkreise kann beträchtlich verkleinert werden.
(g) Da die Betriebsspannung der ersten Schaltvorrichtung Q1 auf eine Spannung gesenkt werden kann, die die gleiche wie eine Eingangsspannung ist, kann eine Niederspannungshalbleiterkomponente als Schaltvorrichtung verwendet werden, und da der Einschalt-Widerstand derselben niedrig ist, wird erwartet, dass ein Schaltverlust verringert wird, wodurch niedrige Kosten und ein hoher Wirkungsgrad verwirklicht werden.
(h) Durch Antreiben der ersten Schaltvorrichtung Q1 und der zweiten Schaltvorrichtung Q2 auf der Basis von Nullspannungsschalten (ZVS) kann der Schaltverlust weiter verringert wenden, wodurch ein hoher Wirkungsgrad verwirklicht wird.
(i) Durch Ersetzen einer Induktanzvorrichtung, die für Antreiben durch Nullspannungsschalten (ZVS) notwendig ist, durch magnetischen Streufluss des Transformators kann die Anzahl an Komponenten verringert werden, wodurch eine beträchtliche Verringerung der Größe verwirklicht wird.
(j) Da die Schaltvorrichtung Q2 als Spannungsklemmenschaltkreis fungiert, wird verhindert, dass eine Schaltstoßspannung an der Schaltvorrichtung Q1 angelegt wird. Somit kann eine Niederspannungshalbleiterkomponente als Schaltvorrichtung verwendet werden, und durch die Verwendung einer Vorrichtung geringen Widerstands wird der Leitungsverlust verringert, wodurch ein hoher Wirkungsgrad verwirklicht wird.

The configuration of the insulated power supply switching device according to the first embodiment has the following advantages.

(a) Energy can be transmitted from the primary side to the secondary side regardless of whether a switching device is in a turn-on period or in a turn-off period, resulting in increased power conversion efficiency.
(b) By using a single combined transformer constituted by a magnetic stray flux transformer, all the inductance devices required for the circuit operation can be replaced with leakage magnetic flux, thereby realizing a considerable reduction in the scale of the entire circuit.
(c) Since no energy is stored in an inductance device in the transmission of energy from the primary side to the secondary side, a reduction in the size of the transformer is possible.
(d) Since the maximum magnetic flux density can be sufficiently reduced even under a heavy load, a transformer can be designed as compared with existing ones having a margin against magnetic saturation and the like, resulting in a reduction in size and weight of the transformer.
(e) Since filter inductors are provided on the primary side and the secondary side to inhibit variations of current at the time, since a power transmission path from a magnetic coupling between the primary winding ni and the secondary winding no to the other magnetic coupling between the one primary winding np and the secondary winding ns can be switched Output ripple noise can be reduced and a smoothing capacitor can be reduced in size.
(f) Since the inductor Lro on the output side is replaced by stray magnetic flux, the number of components can be reduced and the size of the circuits can be considerably reduced.
(g) Since the operating voltage of the first switching device Q1 can be lowered to a voltage that is the same as an input voltage, a low-voltage semiconductor component can be used as the switching device, and since the turn-on resistance thereof is low, switching loss is expected to be reduced which realizes low cost and high efficiency.
(h) By driving the first switching device Q1 and the second switching device Q2 based on zero voltage switching (ZVS), the switching loss can be further reduced, thereby realizing high efficiency.
(i) By replacing an inductance device necessary for driving by zero-voltage switching (ZVS) with leakage magnetic flux of the transformer, the number of components can be reduced, thereby realizing a considerable size reduction.
(j) Since the switching device Q2 functions as a voltage terminal circuit, a switching surge voltage is prevented from being applied to the switching device Q1. Thus, a low-voltage semiconductor component can be used as the switching device, and by using a low-resistance device, the conduction loss is reduced, thereby realizing high efficiency.

Auch wenn in der ersten Ausführungsform die erste primäre Wicklung np und die erste sekundäre Wicklung ns so konfiguriert sind, dass sie entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, und die zweite primäre Wicklung ni und die zweite sekundäre Wicklung no so konfiguriert sind, dass sie die gleiche Polarität haben, kann die Wicklung so konfiguriert sein, dass die erste primäre Wicklung np und die erste sekundäre Wicklung ns die gleiche Polarität aufweisen und die zweite primäre Wicklung ni und die zweite sekundäre Wicklung no entgegengesetzte Prioritäten aufweisen.Although, in the first embodiment, the first primary winding np and the first secondary winding ns are configured to have opposite polarities, and the second primary winding ni and the second secondary winding no are configured to have the same polarity, For example, the winding may be configured such that the first primary winding np and the first secondary winding ns have the same polarity and the second primary winding ni and the second secondary winding have no opposite priorities.

Zweite AusführungsformSecond embodiment

3 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Unterschied zum in 2 gezeigten Schaltkreis ist die Position, bei der die dritte Diode Ds angeschlossen ist. D. h. in 3 ist die Anode der vierten Diode Df mit der Anode der vierten Diode Df verbunden. Die anderen Abschnitte der Konfiguration sind gleich denen in 2 gezeigten. 3 FIG. 12 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a second embodiment. FIG. The difference to in 2 The circuit shown is the position where the third diode Ds is connected. Ie. in 3 the anode of the fourth diode Df is connected to the anode of the fourth diode Df. The other sections of the configuration are the same as those in 2 shown.

Diese Konfiguration sieht auch Vorteile ähnlich denen der ersten Ausführungsform vor.This configuration also provides advantages similar to those of the first embodiment.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind unter den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the second embodiment are among those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) and (j).

Dritte Ausführungsform (Umkehr von Durchfluss und Sperre)Third Embodiment (Reversal of Flow and Lock)

4 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Unterschiede zu dem in 2 gezeigten Schaltkreis sind, dass die erste primäre Wicklung np und die erste sekundäre Wicklung ns als Durchflusssystem arbeiten und die zweite primäre Wicklung ni und die zweite sekundäre Wicklung no als Sperrsystem arbeiten. Während unter Bezug auf 4 mit anderen Worten die erste Schaltvorrichtung Q1 eingeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 ausgeschaltet ist, wird in der ersten sekundären Wicklung ns eine Spannung induziert, wodurch die dritte Diode Ds eingeschaltet wird und ein Gleichstrom veranlasst wird, durch den dritten Induktor Lro zu fließen, und eine Ausgangsgleichspannung an der Last Ro angelegt wird. 4 FIG. 10 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a third embodiment. FIG. The differences to that in 2 In the circuit shown, the first primary winding np and the first secondary winding ns operate as a flow system and the second primary winding ni and the second secondary winding no operate as a blocking system. While referring to 4 in other words, the first switching device Q1 is turned on and the second switching device Q2 is off, a voltage is induced in the first secondary winding ns, thereby turning on the third diode Ds and causing a direct current to flow through the third inductor Lro, and a DC output voltage is applied to the load Ro.

Während die erste Schaltvorrichtung Q1 abgeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 eingeschaltet ist, wird in der zweiten sekundären Wicklung no eine Spannung induziert, wodurch die vierte Diode Df eingeschaltet wird und ein Gleichstrom veranlasst wird, durch den dritten Induktor Lro zu fließen, und eine Ausgangsgleichspannung an der Last Ro angelegt wird. Die anderen Abschnitte der Konfiguration sind die gleichen wie in 2 gezeigt.While the first switching device Q1 is turned off and the second switching device Q2 is turned on, a voltage is induced in the second secondary winding no, thereby turning on the fourth diode Df and causing a direct current to flow through the third inductor Lro and a DC output voltage is applied to the load ro. The other sections of the configuration are the same as in 2 shown.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the third embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) and (j).

Vierte AusführungsformFourth embodiment

5 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform und veranschaulicht eine beispielhafte Konfiguration, bei der die zweite primäre Wicklung np und die zweite sekundäre Wicklung no von der ersten Ausführungsform entfernt wurden. in der ersten Ausführungsform muss die Anzahl der Windungen der ersten primären Wicklung np gleich der Anzahl von Windungen der zweiten primären Wicklung ni sein, um die Energie, die übertragen wird, während der erste Schaltkreis S1 eingeschaltet ist, gleich der Energie zu machen, die übertragen wird, während der zweite Schaltkreis S2 eingeschaltet ist. Da mit anderen Worten ein Strom durch die zweite primäre Wicklung ni fließt, während der erste Schaltkreis S1 eingeschaltet ist, und ein Strom durch die erste primäre Wicklung np fließt, während der zweite Schaltkreis S2 eingeschaltet ist, ist es möglich, auf die zweite primäre Wicklung ni zu verzichten und den Transformator T unter Verwenden allein der ersten primären Wicklung np anzutreiben. Der Rest der Punkte sind die gleichen wie die der ersten Ausführungsform, und auf die Beschreibung derselben wird verzichtet. 5 FIG. 12 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a fourth embodiment and illustrates an exemplary configuration in which the second primary winding np and the second secondary winding no have been removed from the first embodiment. in the first embodiment, the Number of turns of the first primary winding np may be equal to the number of turns of the second primary winding ni to make the energy transmitted while the first circuit S1 is turned on equal to the energy being transmitted while the second circuit S2 is switched on. In other words, since a current flows through the second primary winding ni while the first circuit S1 is turned on and a current flows through the first primary winding np while the second circuit S2 is turned on, it is possible to apply the second primary winding ni to drive and the transformer T using only the first primary winding np to drive. The rest of the points are the same as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

Verglichen mit der ersten Ausführungsform kann die vierte Ausführungsform, die die zweite primäre Wicklung ni nicht benötigt, weiter in der Größe verringert wenden.As compared with the first embodiment, the fourth embodiment which does not need the second primary winding ni can be further reduced in size.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the fourth embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) and (j).

Fünfte AusführungsformFifth embodiment

6 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform und veranschaulicht eine beispielhafte Konfiguration, bei der ein erster Transformator T1 durch die erste primäre Wicklung np und die erste sekundäre Wicklung ns in der ersten Ausführungsform gebildet ist, und ein zweiter Transformator T2 durch die zweite primäre Wicklung ni und die zweite sekundäre Wicklung no in der ersten Ausführungsform gebildet ist. Der Rest der Punkte sind die gleichen wie die der ersten Ausführungsform, und auf die Beschreibung derselben wird verzichtet. 6 FIG. 12 is a circuit diagram of an isolated power supply switching device according to a fifth embodiment and illustrating an exemplary configuration in which a first transformer T1 is formed by the first primary winding np and the first secondary winding ns in the first embodiment, and a second transformer T2 by the second primary Winding ni and the second secondary winding no is formed in the first embodiment. The rest of the points are the same as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

Auch wenn die fünfte Ausführungsform, die zwei separate Transformatoren aufweist, verglichen mit der ersten Ausführungsform einen Nachteil bezüglich Größe hat, sind der erste Transformator T1 und der zweite Transformator T2 klein und sehen bei der Anordnung derselben hinsichtlich Montage mehr Freiheit vor.Although the fifth embodiment having two separate transformers has a drawback in size as compared with the first embodiment, the first transformer T1 and the second transformer T2 are small and provide more freedom in their arrangement with respect to mounting.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the fifth embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) and (j).

Sechste AusführungsformSixth embodiment

7 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform. Der Unterschied zu dem in 6 gezeigten Schaltkreis ist, dass die sekundärseitige dritte Diode Ds durch einen sechsten Kondensator Cs ersetzt ist. Unter Bezug auf 6 ist die dritte Diode Ds abgeschaltet, wenn die erste Schaltvorrichtung Q1 eingeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 abgeschaltet ist, und die dritte Diode Ds ist eingeschaltet, wenn die erste Schaltvorrichtung Q1 abgeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 eingeschaltet ist. 7 FIG. 12 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a sixth embodiment. FIG. The difference to that in 6 shown circuit is that the secondary-side third diode Ds is replaced by a sixth capacitor Cs. With reference to 6 For example, the third diode Ds is turned off when the first switching device Q1 is turned on and the second switching device Q2 is turned off, and the third diode Ds is turned on when the first switching device Q1 is turned off and the second switching device Q2 is turned on.

Der Schaltkreis in 7 bildet dagegen einen Spannungsverdopper-Gleichrichterschaltkreis. Der sechste Kondensator Cs wird geladen, wenn die erste Schaltvorrichtung Q1 eingeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 abgeschaltet ist, und eine Spannung, die doppelt so groß wie die Spannung der in 4 gezeigten Ausführungsform ist, wird von der ersten sekundären Wicklung ns ausgegeben, wenn die erste Schaltvorrichtung Q1 abgeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 eingeschaltet ist. Der Rest der Punkte sind die gleichen wie die der ersten Ausführungsform, und auf die Beschreibung derselben wird verzichtet.The circuit in 7 on the other hand forms a voltage doubler rectifier circuit. The sixth capacitor Cs is charged when the first switching device Q1 is turned on and the second switching device Q2 is turned off, and a voltage twice as high as the voltage of the in 4 1, is output from the first secondary winding ns when the first switching device Q1 is turned off and the second switching device Q2 is turned on. The rest of the points are the same as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

Da in der sechsten Ausführungsform verglichen mit der ersten Ausführungsform keine dritte Diode Ds vorhanden ist, gibt es keinen Verlust aufgrund eines Spannungsabfalls in Durchlassrichtung dadurch, wenn ein Laststrom groß ist, was zu einem Vorteil hohen Wirkungsgrads führt.In the sixth embodiment, since there is no third diode Ds as compared with the first embodiment, there is no loss due to a forward voltage drop when a load current is large, resulting in a high efficiency advantage.

In der sechsten Ausführungsform ist es bevorzugt, das Windungsverhältnis der ersten sekundären Wicklung ns zu der zweiten sekundären Wicklung no des kombinierten Transformators T wie folgt auszulegen: ns:no = 1:1. In the sixth embodiment, it is preferable to interpret the turns ratio of the first secondary winding ns to the second secondary winding no of the combined transformer T as follows: ns: no = 1: 1.

Ist eine in der ersten sekundären Wicklung ns induzierte Spannung Vo1, eine in der zweiten sekundären Wicklung no induzierte Spannung Vo2 und eine zu der Last Ro ausgegebene Spannung Vo, wird in diesem Fall Vo erhalten durch Vo = Vo2 wenn die erste Schaltvorrichtung Q1 eingeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 ausgeschaltet ist. Wenn die erste Schaltvorrichtung Q1 ausgeschaltet ist und die zweite Schaltvorrichtung Q2 eingeschaltet ist, wird, da der sechste Kondensator Cs und die vierte Diode Df einen Spannungsverdopper-Gleichrichterschaltkreis bilden, die Ausgangsspannung Vo erhalten durch Vo = 2Vo1 – Vo2 = 2Vo2 – Vo2 = Vo2 In this case, when a voltage Vo induced in the first secondary winding ns, a voltage Vo2 induced in the second secondary winding n0 and a voltage Vo outputted to the load Ro, Vo is obtained by Vo = Vo2 when the first switching device Q1 is turned on and the second switching device Q2 is turned off. When the first switching device Q1 is turned off and the second switching device Q2 is turned on, since the sixth capacitor Cs and the fourth diode Df constitute a voltage doubler rectifier circuit, the output voltage Vo is obtained Vo = 2Vo1 - Vo2 = 2Vo2 - Vo2 = Vo2

Somit wird eine Konfiguration verwirklicht, bei der es keine Ausgangswelligkeitsspannung gibt und es sehr unwahrscheinlich ist, dass der Kern des kombinierten Transformators T magnetisch gesättigt ist.Thus, a configuration is realized in which there is no output ripple voltage and it is very unlikely that the core of the combined transformer T is magnetically saturated.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the sixth embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) and (j).

Siebte AusführungsformSeventh embodiment

8 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform. Der Unterschied zu dem in 6 gezeigten Schaltkreis ist die Position, bei der der dritte Kondensator Cr angeschlossen ist. D. h. der dritte Kondensator Cr ist in 8 zwischen der ersten primären Wicklung np und der zweiten primären Wicklung ni angeschlossen. Die anderen Abschnitte sind die gleichen wie in 6 gezeigt. 8th FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to a seventh embodiment. FIG. The difference to that in 6 The circuit shown is the position at which the third capacitor Cr is connected. Ie. the third capacitor Cr is in 8th connected between the first primary winding np and the second primary winding ni. The other sections are the same as in 6 shown.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der siebten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the seventh embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) and (j).

Achte AusführungsformEighth embodiment

9 ist ein Schaltbild einer isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß einer achten Ausführungsform. Der Unterschied zu dem in 7 gezeigten Schaltkreis ist die Position, bei der der dritte Kondensator Cr angeschlossen ist. D. h. der dritte Kondensator Cr ist in 9 zwischen dem zweiten Schaltkreis S2 und dem Verbindungsknoten des zweiten Induktors Lr und des vierten Kondensators Ce angeschlossen. Die anderen Abschnitte der Konfiguration sind die gleichen wie in 7 gezeigt. 9 FIG. 15 is a circuit diagram of an insulated power supply switching device according to an eighth embodiment. FIG. The difference to that in 7 The circuit shown is the position at which the third capacitor Cr is connected. Ie. the third capacitor Cr is in 9 connected between the second circuit S2 and the connection node of the second inductor Lr and the fourth capacitor Ce. The other sections of the configuration are the same as in 7 shown.

Da in der achten Ausführungsform verglichen mit der ersten Ausführungsform keine dritte Diode Ds vorhanden ist, gibt es keinen Verlust aufgrund eines Spannungsabfalls in Durchlassrichtung dadurch, wenn ein Laststrom groß ist, was zu einem Vorteil hohen Wirkungsgrads führt.In the eighth embodiment, since there is no third diode Ds as compared with the first embodiment, there is no loss due to a forward voltage drop when a load current is large, resulting in a high efficiency advantage.

In der achten Ausführungsform ist es bevorzugt, das Wicklungswindungsverhältnis der ersten sekundären Wicklung ns zu der zweiten sekundären Wicklung no des kombinierten Transformators T wie folgt auszulegen: ns:no = 1:1. In the eighth embodiment, it is preferable to interpret the winding turn ratio of the first secondary winding ns to the second secondary winding no of the combined transformer T as follows: ns: no = 1: 1.

Der Grund hierfür ist der gleiche wie in der sechsten Ausführungsform beschrieben.The reason for this is the same as described in the sixth embodiment.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der achten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the eighth embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) and (j).

Neunte AusführungsformNinth embodiment

Die in 10 gezeigte isolierte Leistungsversorgungsschalteinrichtung hat eine Konfiguration, bei der ähnlich zu der vierten Ausführungsform die zweite primäre Wicklung ni aus der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung der in 10 gezeigten achten Ausführungsform entfernt wurde und der Transformator T nur durch die erste primäre Wicklung np angetrieben wird. Der Rest der Punkte sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform und auf die Beschreibung derselben wird verzichtet.In the 10 The insulated power supply switching device shown in FIG. 1 has a configuration in which, similar to the fourth embodiment, the second primary winding ni is isolated from the isolated power supply switching device of FIG 10 eighth embodiment has been removed and the transformer T is driven only by the first primary winding np. The rest of the points are the same as in the first embodiment and the description thereof will be omitted.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der neunten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the ninth embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) and (j).

Zehnte AusführungsformTenth embodiment

In der in 11 gezeigten isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung ist eine Reihenschaltung, die durch den ersten Induktor Lri, die zweite primäre Wicklung ni des kombinierten Transformators T und den ersten Schaltkreis S1 gebildet ist, zwischen dem Plus-Anschluss und dem Minus-Anschluss des Leistungseingangsabschnitts angeschlossen, an dem die Gleichspannung Vi angelegt ist Weiterhin sind eine Reihenschaltung, die durch die erste primäre Wicklung np des kombinierten Transformators T, den zweiten Induktor Lr und den vierten Kondensator Ce gebildet ist, und eine Reihenschaltung, die durch den zweiten Schaltkreis S2 und den dritten Kondensator Cr gebildet ist, parallel zueinander zwischen dem Minus-Anschluss des Leistungseingangsabschnitts und dem Verbindungsknoten der ersten primären Wicklung ni des kombinierten Transformators T und des ersten Schaltkreises S1 geschaltet. Der Rest der Punkte sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform und auf die Beschreibung derselben wird verzichtet.In the in 11 The isolated power supply switching device shown in FIG. 1 is a series circuit formed by the first inductor Lri, the second primary winding ni of the combined transformer T and the first switching circuit S1, connected between the positive terminal and the minus terminal of the power input section to which the DC voltage Vi Furthermore, a series circuit formed by the first primary winding np of the combined transformer T, the second inductor Lr and the fourth capacitor Ce, and a series circuit formed by the second switching circuit S2 and the third capacitor Cr are parallel connected to each other between the negative terminal of the power input section and the connection node of the first primary winding ni of the combined transformer T and the first circuit S1. The rest of the points are the same as in the first embodiment and the description thereof will be omitted.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der zehnten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the tenth embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) and (j).

Elfte AusführungsformEleventh Embodiment

Die in 12 gezeigte isolierte Leistungsversorgungsschalteinrichtung hat eine Konfiguration, bei der die zweite primäre Wicklung ni aus der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung der in 11 gezeigten zehnten Ausführungsform ähnlich zur vierten Ausführungsform entfernt wurde und der Transformator T nur durch die erste primäre Wicklung np angetrieben wird. Der Rest der Punkte sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform und auf die Beschreibung derselben wird verzichtet.In the 12 The insulated power supply switching device shown has a configuration in which the second primary winding ni is isolated from the isolated power supply switching device of FIG 11 shown tenth embodiment similar to the fourth embodiment has been removed and the transformer T is driven only by the first primary winding np. The rest of the points are the same as in the first embodiment and the description thereof will be omitted.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der elften Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the eleventh embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) and (j).

Zwölfte AusführungsformTwelfth embodiment

Die in 13 gezeigte isolierte Leistungsversorgungsschalteinrichtung hat eine Konfiguration, bei der der dritte Kondensator Cr in der in 8 gezeigten siebten Ausführungsform in einen siebten Kondensator Cr1 und einen achten Kondensator Cr2 unterteilt wunde. Eine Reihenschaltung, die durch den ersten Induktor Lri und die zweite primäre Wicklung ni des kombinierten Transformators T und den ersten Schaltkreis S1 gebildet ist, ist mit anderen Worten zwischen dem Plus-Anschluss und dem Minus-Anschluss des Leistungseingangsabschnitts angeschlossen, an dem die Gleichspannung Vi angelegt ist, und eine Reihenschaltung, die durch die erste primäre Wicklung np des kombinierten Transformators T, den zweiten Induktor Lr und den siebten Kondensator Cr1 und den vierten Kondensator Ce gebildet ist, ist zwischen dem Minus-Anschluss des Leistungseingangsabschnitts und dem Verbindungsknoten der zweiten primären Wicklung ni des kombinierten Transformators T und des ersten Schaltkreises S1 angeschlossen. Weiterhin ist der zweite Schaltkreis S2 zwischen dem Verbindungsknoten des siebten Kondensators Cr1 und des vierten Kondensators Ce und dem Verbindungsknoten der zweiten primären Wicklung ni und des ersten Schaltkreises S1 angeschlossen, der achte Kondensator Cr2 ist zwischen dem Minus-Anschluss des Leistungseingangsabschnitts und dem Verbindungsknoten des zweiten Induktors Lr und des siebten Kondensators Cr1 angeschlossen. Der Rest der Punkte sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform und auf die Beschreibung derselben wird verzichtet.In the 13 The isolated power supply switching device shown has a configuration in which the third capacitor Cr in the in 8th Seventh embodiment shown in a seventh capacitor Cr1 and an eighth capacitor Cr2 divided wound. In other words, a series circuit formed by the first inductor Lri and the second primary winding ni of the combined transformer T and the first switching circuit S1 is connected between the plus terminal and the minus terminal of the power input section where the DC voltage Vi is applied, and a series circuit formed by the first primary winding np of the combined transformer T, the second inductor Lr and the seventh capacitor Cr1 and the fourth capacitor Ce is connected between the minus terminal of the power input section and the connection node of the second primary Winding ni of the combined transformer T and the first circuit S1 connected. Further, the second circuit S2 is connected between the connection node of the seventh capacitor Cr1 and the fourth capacitor Ce and the connection node of the second primary winding ni and the first circuit S1, the eighth capacitor Cr2 is connected between the negative terminal of the power input section and the connection node of the second Inductor Lr and the seventh capacitor Cr1 connected. The rest of the points are the same as in the first embodiment and the description thereof will be omitted.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der zwölften Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the twelfth embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) and (j).

Dreizehnte AusführungsformThirteenth Embodiment

Die in 14 gezeigte isolierte Leistungsversorgungsschalteinrichtung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass durch Ersetzen der dritten Diode Ds und der vierten Diode Df mit einem dritten Schaltkreis S3, der durch eine dritte Schaltvorrichtung Q3; eine fünfte Diode D3 und einen neunten Kondensator C3, die parallel miteinander verbunden sind, gebildet ist, und einem vierten Schaltkreis S4, der durch eine vierte Schaltvorrichtung Q4, eine sechste Diode D4 und einen zehnten Kondensator C4, die parallel miteinander verbunden sind, gebildet ist, ein synchroner Gleichrichterschaltkreis gebildet wird. Es ist bevorzugt, für den dritten Schaltkreis S3 und den vierten Schaltkreis S4 Feldeffekttransistoren zu verwenden. Der Rest der Punkte sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform und auf die Beschreibung derselben wird verzichtet.In the 14 The isolated power supply switching device shown differs from the first embodiment in that by replacing the third diode Ds and the fourth diode Df with a third circuit S3, which is replaced by a third switching device Q3; a fifth diode D3 and a ninth capacitor C3 connected in parallel with each other, and a fourth circuit S4 formed by a fourth switching device Q4, a sixth diode D4 and a tenth capacitor C4 connected in parallel with each other , a synchronous rectifier circuit is formed. It is preferable to use field effect transistors for the third circuit S3 and the fourth circuit S4. The rest of the points are the same as in the first embodiment and the description thereof will be omitted.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der dreizehnten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) und (j).That of the configuration of the isolated power supply switching device according to the thirteenth embodiment, the advantages provided by the first embodiment are as follows: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) and ( j).

Vierzehnte AusführungsformFourteenth embodiment

Die in 15 gezeigte isolierte Leistungsversorgungsschalteinrichtung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass ein Mittelabgriff-Vollwellengleichrichter durch eine erste sekundäre Wicklung ns, die aus einer dritten sekundären Wicklung ns1 und einer vierten sekundären Wicklung ns2 besteht, die dritte Diode Ds und die vierte Diode Df gebildet wird. Der Rest der Punkte sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform und auf die Beschreibung derselben wird verzichtet.In the 15 The isolated power supply switching device shown differs from the first embodiment in that a center tap full-wave rectifier is formed by a first secondary winding ns consisting of a third secondary winding ns1 and a fourth secondary winding ns2, the third diode Ds, and the fourth diode Df. The rest of the points are the same as in the first embodiment and the description thereof will be omitted.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der vierzehnten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the fourteenth embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) and (j).

Fünfzehnte AusführungsformFifteenth embodiment

In der in 16 gezeigten isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung ist der primärseitige Schaltkreis der gleiche wie in der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung der in 10 gezeigten neunten Ausführungsform. in dem sekundärseitigen Schaltkreis ist eine zweite sekundäre Wicklung no durch eine fünfte sekundäre Wicklung no1 und eine sechste sekundäre Wicklung no2 gebildet und ein Ende der fünften sekundären Wicklung no1 und ein Ende der sechsten sekundären Wicklung no2 sind mit jeweiligen Enden der ersten sekundären Wicklung ns verbunden. Die anderen Enden sind mittels eines vierten Induktors Lro1 und eines fünften Induktors Lro2 miteinander und mit einem Ende der Last Ro verbunden.In the in 16 the isolated power supply switching device shown, the primary side circuit is the same as in the isolated power supply switching device of in 10 shown ninth embodiment. in the secondary-side circuit, a second secondary winding no is formed by a fifth secondary winding no1 and a sixth secondary winding no2, and one end of the fifth secondary winding no1 and one end of the sixth secondary winding no2 are connected to respective ends of the first secondary winding ns. The other ends are connected to each other and to one end of the load Ro by means of a fourth inductor Lro1 and a fifth inductor Lro2.

Die jeweiligen Enden der ersten sekundären Wicklung ns sind mittels einer siebten Diode D5 und einer achten Diode D6 miteinander verbunden, und der Verbindungsknoten derselben ist mit dem anderen Ende der Last Ro verbunden.The respective ends of the first secondary winding ns are connected to each other by means of a seventh diode D5 and an eighth diode D6, and the connection node thereof is connected to the other end of the load Ro.

Der sekundäre Schaltkreis mit diesen Verbindungen bildet einen Stromverdoppler-Gleichrichterschaltkreis. Der Rest der Punkte sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform und auf die Beschreibung derselben wird verzichtet.The secondary circuit with these connections forms a current doubler rectifier circuit. The rest of the points are the same as in the first embodiment and the description thereof will be omitted.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der fünfzehnten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) und (j).The advantages provided by the configuration of the isolated power supply switching device according to the fifteenth embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) and (j).

Sechzehnte AusführungsformSixteenth embodiment

Die in 17 gezeigte isolierte Leistungsversorgungsschalteinrichtung hat einen sekundären Schaltkreis, der der gleiche wie in der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung der in 16 gezeigten fünfzehnten Ausführungsform ist, und der Rest der Punkte sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform. Somit wird auf die Beschreibung derselben verzichtet.In the 17 The insulated power supply switching device shown has a secondary circuit which is the same as that in the isolated power supply switching device of FIG 16 is the fifteenth embodiment shown, and the rest of the points are the same as in the first embodiment. Thus, the description thereof is omitted.

Die von der Konfiguration der isolierten Leistungsversorgungsschalteinrichtung gemäß der sechzehnten Ausführungsform vorgesehenen Vorteile sind von den in der ersten Ausführungsform aufgeführten: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) und (j).

T: kombinierter Transformator
T1: erster Transformator
T2: zweiter Transformator
np: erste primäre Wicklung
ni: zweite primäre Wicklung
ns: erste sekundäre Wicklung
no: zweite sekundäre Wicklung
ns1: dritte sekundäre Wicklung
ns2: vierte sekundäre Wicklung
no1: fünfte sekundäre Wicklung
no2: sechste sekundäre Wicklung
Lri: erster Induktor
Lr: zweiter Induktor
Lro: dritter Induktor
Lro1: vierter Induktor
Lro2: fünfter Induktor
C1: erster Kondensator
C2: zweiter Kondensator
Cr: dritter Kondensator
Ce: vierter Kondensator
Co: fünfter Kondensator
Cs: sechster Kondensator
Cr1: siebter Kondensator
Cr2: achter Kondensator
C3: neunter Kondensator
C4: zehnter Kondensator
D1: erste Diode
D2: zweite Diode
Ds: dritte Diode
Df: vierte Diode
D3: fünfte Diode
D4: sechste Diode
D5: siebte Diode
D6: achte Diode
Q1: erste Schaltvorrichtung
Q2: zweite Schaltvorrichtung
Q3: dritte Schaltvorrichtung
Q4: vierte Schaltvorrichtung
S1: erster Schaltkreis
S2: zweiter Schaltkreis
S3: dritter Schaltkreis
S4: vierter Schaltkreis
Ro: Last
Vo: Ausgangsspannung
Vi: Gleichspannung des Leistungseingangsabschnitts
Da: Einschaltverhältnis der Schaltvorrichtung
M: Spannungsumwandlungsverhältnis
Ton: Einschaltzeit der Schaltvorrichtung
Toff: Abschaltzeit der Schaltvorrichtung
Vcr: Spannung über dem dritten Kondensator
VCe: Spannung über dem vierten Kondensator

The advantages provided by the configuration of the insulated power supply switching device according to the sixteenth embodiment are those listed in the first embodiment: (a), (b), (c), (d), (e), (f), (h), (i) and (j).

T: combined transformer
T1: first transformer
T2: second transformer
np: first primary winding
ni: second primary winding
ns: first secondary winding
no: second secondary winding
ns1: third secondary winding
ns2: fourth secondary winding
no1: fifth secondary winding
no2: sixth secondary winding
lRI: first inductor
Lr: second inductor
Lro: third inductor
Lro1: fourth inductor
Lro2: fifth inductor
C1: first capacitor
C2: second capacitor
Cr: third capacitor
Ce: fourth capacitor
Co: fifth capacitor
Cs: sixth capacitor
Cr1: seventh capacitor
Cr2: eighth capacitor
C3: ninth capacitor
C4: tenth capacitor
D1: first diode
D2: second diode
ds: third diode
df: fourth diode
D3: fifth diode
D4: sixth diode
D5: seventh diode
D6: eighth diode
Q1: first switching device
Q2: second switching device
Q3: third switching device
Q4: fourth switching device
S1: first circuit
S2: second circuit
S3: third circuit
S4: fourth circuit
ro: load
Vo: output voltage
vi: DC voltage of the power input section
There: Switching ratio of the switching device
M: Voltage conversion ratio
volume: On time of the switching device
Toff: Turn-off time of the switching device
vcr: Voltage across the third capacitor
VCE: Voltage across the fourth capacitor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 2005-51994 [0009]

Claims

An isolated power supply switching device, comprising: a DC power input section to which a DC input voltage is input; a transformer T constituted by a magnetic component and provided with a first primary winding np, a first secondary winding ns and a second secondary winding no, which are magnetically coupled together; a second inductor Lr connected in series with the first primary winding np; a rectifier circuit formed by a third rectifier device Ds which is a sum of a current generated in the first secondary winding ns and a current in the second secondary winding no, rectified, and by a fourth rectifier device Df rectifying a current generated in the second secondary winding no; a first switching circuit S1 constituted by a first switching device Q1, a first capacitor C1, and a first diode D1 connected in parallel with each other; a second switching circuit S2 formed by a second switching device Q2, a second capacitor C2, and a second diode D2 connected in parallel with each other; a third capacitor Cr; a first series circuit connected to both terminals of the DC power input section and in which the first primary winding np or the second primary winding ni and the first circuit S1 are connected in series with each other; and a second series circuit connected to both ends of the first circuit S1, both ends of the first primary winding np or both ends of the second primary winding ni, and in which the second circuit S2 and the third capacitor Cr are connected in series with each other the first circuit S1 and the second circuit S2 are configured to complementarily and repeatedly enter on / off states with a period between them in which both are in off states, with windings of the transformer T configured to be of one primary side to a secondary side energy complementary through the first secondary winding ns or the second secondary winding no synchronous with complementary On / Off operations of the first circuit S1 and the second circuit S1 is transmitted, wherein magnetic polarities of the first secondary winding ns and the second secondary winding no are opposite to each other, and wherein an output voltage Vo is output by means of the third inductor Lro to the secondary side ,

An isolated power supply switching device, comprising: a DC power input section to which a DC input voltage is input; a transformer T constituted by a magnetic component and provided with a first primary winding np, a first secondary winding ns, a second primary winding ni and a second secondary winding no, which are magnetically coupled together; a second inductor Lr connected in series with the first primary winding np; a first inductor Lri connected in series with the second primary winding ni; a third inductor Lro connected in series with the first secondary winding no; a rectifier circuit formed by a first rectifier device Ds rectifying a sum of a current generated in the first secondary winding ns and a current generated in the second secondary winding no, and a second rectifier device Df rectifying a current generated in the second secondary winding no; a first switching circuit S1 constituted by a first switching device Q1, a first capacitor C1, and a first diode D1 connected in parallel with each other; a second switching circuit S2 formed by a second switching device Q2, a second capacitor C2, and a second diode D2 connected in parallel with each other; a third capacitor Cr; a first series circuit connected to both terminals of the DC power input section and in which the first primary winding np or the second primary winding ni and the first circuit S1 are connected in series with each other; a second series circuit connected to both ends of the first switching circuit S1, both ends of the first primary winding np or both ends of the second primary winding ni, and in which the second switching circuit S2 and the third capacitor Cr are connected in series with each other; and a fourth capacitor Ce connected in parallel with the first series circuit, wherein the first circuit S1 and the second circuit S2 are configured to complementarily and repeatedly enter on / off states with a period between them in which both are in off states, wherein windings of the transformer T are configured to transfer energy from a primary side to a secondary side complementarily through the first secondary winding ns or the second secondary winding synchronously with complementary turn-on / turn-off operations of the first switching circuit S1 and the second switching circuit S1 . wherein magnetic polarities of the first secondary winding ns and the second secondary winding are opposite to each other, and wherein an output voltage Vo is output to the secondary side by means of the third inductor Lro.

An insulated power supply switching device according to claim 2, characterized in that the transformer T comprises a first transformer comprising the first primary winding np and the first secondary winding ns and a second transformer comprising the second primary winding ni and the second secondary winding no , is formed.

Insulated power supply switching device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the primary-side leakage magnetic flux of the transformer T is used as the second inductor Lr.

Insulated power supply switching device according to one of claims 1 to 4, characterized in that secondary-side leakage magnetic flux of the transformer T is used as the third inductor Lro.

Insulated power supply switching device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the primary-side leakage magnetic flux of the transformer T is used as the first inductor Lri.

Insulated power supply switching device according to one of claims 2 to 6, characterized in that in the transformer T, the first primary winding np or the second primary winding ni is wound in one direction, so that a DC magnetic flux due to a through the second secondary winding no current flowing in a common magnetic core is canceled, and the first secondary winding ns has a magnetic polarity opposite to the polarity of the second secondary winding no and has a larger number of turns than the second secondary winding no.

An isolated power supply switching device according to claim 7, characterized in that, for a direction of a current flowing when the first circuit S1 or the second circuit S2 is in a conducting state, the first primary winding np and the second primary winding ni flow the same magnetic Polarity and have the first secondary winding ns and the second secondary winding no opposite magnetic polarities.

Insulated power supply switching device according to claim 8, characterized in that the transformer T1 has a weaker magnetic coupling strength than the second transformer T2.

Insulated power supply switching device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first circuit S1 and the second circuit S2 are field-effect transistors.

An isolated power supply switching device according to claim 10, characterized in that the first circuit S1 or the second circuit S2 is driven to perform a zero-voltage switching operation in which a switching device is turned on after a voltage across both ends of the circuit is at or about 0 V has fallen.

An insulated power supply switching device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the rectifier circuit is constituted by: a third diode Ds rectifying a current supplied during a period in which the energy through the first secondary winding ns from the primary side the secondary side, through which the first secondary winding ns flows, and through a fourth diode Df, which rectifies a current during a period in which the energy through the second secondary winding no ns from the primary side to the secondary side is transmitted through the second secondary winding no flow.

Insulated power supply switching device according to claim 12, characterized in that a synchronous rectifier configuration is used, in which the third diode Ds or the fourth diode Df is replaced by a field effect transistor.

An insulated power supply switching device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that a ratio of a number of turns of the first secondary winding ns to a number of turns of the second secondary winding is no ns: no = 2: 1.

insulated power supply switching device according to one of claims 1 to 14, characterized in that in the transformer T at least the magnetic coupling between the first secondary winding np and the first secondary winding ns is relatively large and the magnetic coupling between the second primary winding no and each of the other windings is relatively small.

An insulated power supply switching device according to any one of claims 1 to 15, characterized in that a layered winding arrangement is used to form the first primary winding np and the first secondary winding ns, and a split winding arrangement for at least one of the first secondary winding ns and the second secondary winding no or the first primary winding np and the second secondary winding no is used.

Insulated power supply switching device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the transformer T has a plurality of core legs, the first primary winding np and the first secondary winding ns wound around the same core leg and at least the second secondary winding no wound around another core leg is.

An insulated power supply switching device according to claim 17, characterized in that a layered winding arrangement is used to form the first primary winding np and the first secondary winding ns, and a split winding arrangement for at least one of the first secondary winding ns and the second secondary winding no or the first primary winding np and the second secondary winding no is used.

An isolated power supply switching device according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the first circuit S1 and the second circuit S2 are controlled so that the output voltage Vo is kept stable using PWM control.

Insulated power supply switching device according to one of claims 1 to 19, characterized in that the third capacitor Cr between the first primary winding ni, and the first circuit S1 is connected.

Insulated power supply switching device according to claim 20, characterized in that the first circuit S1 or the second circuit S2 only in a range of

0 ≤ Da ≤ 0.5

where Da is a ratio (= on-time / duty cycle) thereof, and the other is only in a range of

0.5 ≤ Da ≤ 1

is driven.

An isolated power supply switching device according to claim 21, characterized in that when a voltage conversion ratio represented by a ratio of the output voltage Vo to an input voltage Vi of the DC power input section is M (= Vo / Vi) and a ratio of a number of turns of the first primary winding np to a number of turns of the first secondary winding ns n (= np / ns)

M = D (1-D) / n.